数据与关键字、标识符

一、 常量的意义

意义：防止程序运行过程中被意外修改，增强代码的稳定性、安全性和可读性。

• 稳定性：确保关键值（如圆周率π、配置参数）不变。
• 安全性：避免在复杂逻辑中误修改重要数据。
• 可读性：给魔法数字起一个有意义的名字，如 #define MAX_SIZE 100。
• 维护性：修改常量值只需修改一处定义，提高代码可维护性

二、 全局与局部变量的本质区别

全局变量与局部变量的区别，表面上是声明/定义的位置不同（函数内/外），但其本质是存储位置的不同，这直接导致了它们作用域和生命周期的天差地别。

三、 数据的存储位置

程序运行时，数据主要存储在以下几个内存区域：

1. 栈区 (Stack)

• 存储内容：局部变量、函数参数、函数调用地址等。
• 特点：由系统自动分配和释放，效率高，但空间有限。
• 行为：函数执行时，局部变量在栈上创建；函数结束时，它们被自动销毁。

1. 堆区 (Heap)

• 存储内容：通过动态内存分配函数（malloc,  calloc, realloc）申请的空间。
• 特点：空间巨大，分配和释放需由程序员手动控制（使用 free）。
• 行为：如果只申请不释放，会导致内存泄漏。

1. 静态区/数据段 (Static Storage/Data Segment)

• 存储内容：全局变量、static 静态变量、字符串常量等。
• 特点：在程序开始时分配，程序结束时才释放。默认初始化为0。

四、 作用域 vs. 生命周期

这是两个极易混淆但至关重要的概念：

• 作用域 (Scope)：指的是变量在代码中的可访问范围。它是一个空间上的概念。
• 问题：我在第50行写的代码，能访问这个变量吗？
• 生命周期 (Lifetime)：指的是变量在程序运行时的存在时间。它是一个时间上的概念。
• 问题：函数调用结束后，这个变量占用的内存还在吗？

重要关系：

• 生命周期 覆盖 作用域。一个变量只要在它的生命周期内，并且在它的作用域中，就可以被访问。
• 一个变量离开了作用域（比如函数返回），并不意味着它的生命周期一定结束（例如 static局部变量）。

学习感悟：讲到这，大多数人肯定感觉很懵，但请先别急，静下心来听完后面的内容，你就豁然开朗了。学习就是这样——“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。

五、 关键字 (KeyWord) 与数据类型 (DataType)

关键字是C语言预先定义的、具有特殊含义的单词，我们不能用它们来命名变量或函数（如 int, if, return）。

数据类型是一种特殊的、用于声明变量和常量的关键字。它决定了：

1. 数据占用的内存大小（如 int 通常占4字节）。
2. 数据的解释方式（同样的二进制数，int 和 float 解释出来值不同）。
3. 数据可执行的操作（如 取模运算 "%" 只能用于整型）。

类比：数学中的数分为“常量”、“变量”，又可细分为整数、小数等。C语言的数据类型就是为计算机世界的“数”进行更精细的分类，如整型(int)、字符型(char)、浮点型(float, double)。

注意：不同类型之间可以相互赋值，但可能会发生隐式类型转换，导致精度丢失或值改变（例如，将 float 赋给 int，小数部分会被截断）。

六、 标识符 (Identifier) 与命名规则

标识符就是给变量、函数、常量等起的名字，是我们在编程中的“命名”。

命名规则（必须遵守）：

1. 只能由字母（A-Z, a-z）、数字（0-9）、下划线（_）组成。
2. 第一个字符必须是字母或下划线，不能是数字。
3. 不能与C语言的关键字重名。
4. 区分大小写（age 和 Age 是两个不同的变量）。

命名规范（良好习惯）：

• 见名知意：int student_age; VS. int a; (差)。
• 常用风格：
• 蛇形命名法：student_name (C语言常用)
• 小驼峰命名法：StudentName
• 常量通常全大写：#define MAX_SIZE 100

七、 字符与ASCII编码

为了理解字符型(char)，必须引入ASCII编码的概念。

• 本质：计算机中，所有数据都以数字形式存储。字符也不例外。
• ASCII码规定了一个整数与一个字符的对应关系（例如，整数 65 代表大写字母 'A'）
• 因此，字符型可以看作一种特殊的整型，它可以参与整数运算。

扩展知识：

• 转义字符：以反斜杠\开头，表示特殊字符
  • \n：换行符
  • \t：制表符
  • \\：反斜杠本身
  • \'、\"：单引号、双引号
  • \0：空字符（字符串结束标志）

八、 sizeof 与 strlen

• sizeof：
• 它是一个运算符，编译时就确定结果。
• 功能：计算变量或数据类型在内存中所占的字节数。
• sizeof(array) 计算整个数组的大小。
• strlen：
• 它是一个库函数，#include <string.h>，运行时才计算。
• 功能：计算字符串的长度，即从起始地址到第一个 '\0'（字符串结束符）之前的字符个数。
• strlen(string) 不包含结束符 '\0'。

关键区别：

char str[100] = "Hello";
printf("%zu", sizeof(str)); // 输出 100，计算的是数组的总容量
printf("%zu", strlen(str)); // 输出 5，计算的是字符串的实际长度

九、 常量与变量的定义

1. 常量的定义及初始化

• 使用 #define 宏定义：

#define PI 3.14159   // 注意：末尾没有分号！
#define MAX_N 100
#define GREETING "Hello, World!"

• 在编译前，预处理器会将代码中所有 PI 直接替换为 3.14159。
• 使用 const 修饰变量：

const double pi = 3.14159;
const int max_n = 100;

• 定义了一个“只读变量”，其值在运行时不能被修改。

2. 变量的定义及初始化

• 定义：为变量分配内存空间。

int age;        // 定义了一个整型变量age（初值是随机的）
double salary;

• 初始化：在定义的同时赋予一个初始值。

int count = 0;   // 定义并初始化
char grade = 'A';

• 赋值操作符 =：表示将等号右边表达式的值存入等号左边变量所标识的内存空间中。

count = 10;      // 将10这个值放入count对应的内存中
grade = 'B';     // 将'B'的ASCII码值放入grade对应的内存中

注意：" = " 是赋值，不是数学中的“等于”。数学中的等于是 " == "。

十、 格式化输入/输出

C语言通过标准库函数 scanf 和 printf 进行输入输出，它们通过格式控制字符串来指定数据的类型和格式。

1. 输出函数 printf

printf("格式控制字符串", 输出项列表);

• 常用格式控制符：
• %d：以十进制输出 int
• %c：输出 char
• %f：输出 float/double
• %lf：输出 double (推荐)
• %s：输出字符串
• %p：输出指针地址
• %zu：输出 sizeof 的返回值类型 (size_t)
• 示例：

int a = 10;
char c = 'X';
double d = 3.14;
printf("a=%d, c=%c, d=%.2f\n", a, c, d);
// 输出：a=10, c=X, d=3.14

2. 输入函数 scanf

scanf是一个不太安全的输入函数，因为它在写入时不会检查该

scanf("格式控制字符串", 变量地址列表);

• 关键：必须提供变量的地址（使用取地址运算符 &）。
• 常用格式控制符同上。
• 示例：

int age;
double height;
printf("请输入年龄和身高：");
scanf("%d %lf", &age, &height); // 注意：height是double，用%lf
printf("年龄：%d, 身高：%.2f\n", age, height);

• 注意：scanf 读取字符串时，变量是字符数组名（本身即地址），无需 &。

char name[20];
scanf("%s", name); // 正确，name已是地址
// scanf("%s", &name); // 错误，&name写法多余且类型不匹配

补充内容：利用%m.n修饰占位符

在C语言的格式化输入/输出中，%m.n 是极为重要的格式修饰符，它允许我们精确控制输入/输出的格式

基本语法结构

%[flags][width][.precision]specifier

其中：

• flags：标志字符（如-, +, 0, #等）
• width：指定最小字段宽度
• .precision：指定精度（对于不同类型有不同含义）
• specifier：类型说明符（如d, f, s等）

一、字段宽度 (width) - 控制输出的最小宽度

1. 基本用法

int num = 123;
printf("%5d", num);   // 输出 "  123"（右对齐，宽度5）
printf("%-5d", num);  // 输出 "123  "（左对齐，宽度5）
printf("%05d", num);  // 输出 "00123"（用0填充）

2. 动态指定宽度

int width = 8;
printf("%*d", width, num); // 相当于 %8d

二、精度 (.precision) - 控制输出的精度

1. 浮点数精度控制

double pi = 3.1415926535;
printf("%.2f", pi);    // 输出 "3.14"（保留2位小数）
printf("%8.3f", pi);   // 输出 "   3.142"（宽度8，保留3位小数）
printf("%.0f", pi);    // 输出 "3"（不保留小数）

2. 字符串精度控制

char str[] = "HelloWorld";
printf("%.5s", str);   // 输出 "Hello"（只输出前5个字符）
printf("%10.5s", str); // 输出 "     Hello"（宽度10，只输出5字符）

3. 整数精度控制（最小数字位数）

int num = 42;
printf("%.5d", num);   // 输出 "00042"（至少5位，用0填充）
printf("%5.3d", num);  // 输出 "  042"（宽度5，至少3位）

三、scanf 中的格式控制

1. 基本输入控制

int age;
float height;
char name[50];

// 基本输入
scanf("%d", &age);           // 读取整数
scanf("%f", &height);        // 读取浮点数
scanf("%s", name);           // 读取字符串（不包含空格）

// 同时读取多个值
scanf("%d %f %s", &age, &height, name);

2. 宽度限制 - 防止缓冲区溢出

char city[20];
// 限制最多读取19个字符（留一个位置给'\0'）
scanf("%19s", city);

// 对于带有空格的字符串输入
char full_name[50];
scanf(" %49[^\n]", full_name); // 读取一行，最多49个字符

3. 扫描集 (scanset) - 精确控制输入内容

char vowels[10];
// 只接收元音字母
scanf("%[aeiouAEIOU]", vowels);

// 排除某些字符
char no_digits[50];
scanf("%[^0-9]", no_digits); // 读取直到遇到数字

// 结合宽度限制
char limited[10];
scanf("%9[^\\n]", limited); // 最多读取9个非换行符

4. 跳过特定输入

int day, month, year;
// 输入格式: DD-MM-YYYY
scanf("%d-%d-%d", &day, &month, &year);

// 跳过不想要的输入
int important_value;
scanf("%*s %*s %d", &important_value); // 跳过前两个字符串，只读取第三个

五、特殊技巧和注意事项

1. printf 标志组合使用

int num = 123;
printf("%-+10d", num);  // 输出 "+123      "（左对齐，显示正负号）
printf("%#010x", num);  // 输出 "0x0000007b"（显示0x前缀，用0填充）

2. scanf 与 printf 的差异

• printf 中的 .precision 在 scanf 中不起作用
• scanf 中的 width 表示最大读取宽度，而不是最小显示宽度
• scanf 对于字符串输入会自动添加终止符 \0

十一、 自定义数据类型

结构体 (struct)

结构体允许将多个不同类型的数据组合成一个单一的类型。

// 定义结构体类型
struct Student {
    int id;
    char name[50];
    float score;
};

// 声明结构体变量
struct Student s1;
struct Student s2 = {1001, "张三", 95.5};

// 访问结构体成员
s1.id = 1002;
strcpy(s1.name, "李四");
s1.score = 88.5;

// 结构体指针
struct Student *ptr = &s1;
printf("学号：%d\n", ptr->id); // 使用->访问成员

类型重定义 (typedef)

使用 typedef 为现有类型创建别名，简化复杂类型的声明。

// 为基本类型创建别名
typedef long long ll;
typedef long double ld;

// 为结构体创建别名
typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

// 使用别名
ll count = 10;
Point p1 = {0, 0};

十二、 强制类型转换

强制类型转换允许显式地将一种数据类型转换为另一种类型。

基本语法结构

(目标类型)表达式

使用案例

int a = 10, b = 3;
double result;

// 整数除法
result = a / b;           // 3.0（整数除法）
result = (double)a / b;   // 3.333...（强制转换后为浮点除法）

// 指针类型转换
int x = 100;
void *ptr = &x;
int *int_ptr = (int*)ptr; // 将void指针转换为int指针

// 字符与整数转换
char c = 'A';
int code = (int)c;        // 65（ASCII码）

注意事项

1.精度丢失：大类型转小类型可能导致数据丢失

double d = 3.99;
int i = (int)d;        // i = 3（小数部分被截断）

2.符号问题：有符号与无符号类型转换需谨慎

int i = -1;
unsigned int u = (unsigned int)i; // 很大的正数

3.指针转换：不同类型的指针转换可能导致未定义行为

内容总结：本节涵盖了C语言中数据的基础概念，从存储本质到具体使用，是理解程序如何运作的基石。后续内容将基于这些概念展开。