C 语言中的关键字 - 数据类型、数据修饰符及逻辑结构

C 语言中有 32 个关键字。这是留个编译器用的特殊字符串，用户不可以使用。

特殊关键字

sizeof 和 return 是 C 语言中的两个特殊关键字。

sizeof

sizeof 用于计算变量所占内存空间的字节数，返回值为 unsigned long 无符号长整型。sizeof 不依赖底层操作系统，可以在编译时直接得到。

有两种用法：

int a;
printf("%lu\n", sizeof(a));
printf("%lu\n", sizeof a);

return

return 用于执行返回操作，退出当前函数，执行函数调用栈的上一层调用者。

数据类型

C 语言中，各种数据类型所占空间大小，跟具体的编译平台相关。例如在 32bit 机器上 int 类型占 4Byte。

CPU 在一个周期内所能处理数据的最优大小，就是 CPU 的位数，也是对应平台上 int 类型的大小。

整型和浮点型

所有的数值类型，默认都是带符号的。如果想使用不带符号的数值，必须用 unsigned 关键字明确指定，例如 unsigned int。

• 整型类型
  
  char：占 1 个字节，是最小的数据类型。有符号字符型表示范围为 -128~127，无符号字符型表示范围为 0~ 255
  
  short：一般占 2 字节
  
  int：2 字节（16 bit CPU）或 4 字节（32 bit CPU）。有符号 int 型表示范围为 -32768~32767，无符号 int 型表示范围为 0~ 655355
  
  long：4 字节或 8 字节，可以拼接 long long l 表示更大的数据。
• 浮点类型
  
  float：4 字节
  
  double：8 字节

浮点数有多种不同的表示方法，虽然表示范围很大，但是可能有精度丢失。浮点数默认是 double 类型，但可以在浮点数末尾加个 f 来表示采用 float 类型，例如：

float f = 3.14 * 2; // 3.14 会分配一个 double 类型的空间
float f2 = 1.234f + 2.333f;

无符号和有符号

所有的数值类型，默认都是带符号的。如果想使用不带符号的数值，必须用 unsigned 关键字明确指定，例如 unsigned int。

通常来说，可以进行各种运算的数值用默认的有符号类型，而单纯的数据（例如信号、二进制数据）则使用无符号的类型。

有符号数的位运算

• 对于有符号整数，每一次右移操作采用的是sar算术右移指令，高位补充的是1
• 对于无符号整数，每一次右移操作采用的是shr逻辑右移指令，高位补充的是0
• 对于左移，无论是算术左移(sal)还是逻辑左移(shl)，低位补充的都是0

#include <stdio.h>

int main()
{
	char c1 = 0x80;
	unsigned char c2 = 0x80;
	printf("0x%x\t0x%x\n", c1, c2);
	int i;
	for (i = 0; i < 8; i++) {
		c1 = c1 >> 1;
		c2 = c2 >> 1;
		printf("0x%x\t0x%x\n", c1, c2);
	}
}

输出：

0xffffff80	0x80
0xffffffc0	0x40
0xffffffe0	0x20
0xfffffff0	0x10
0xfffffff8	0x8
0xfffffffc	0x4
0xfffffffe	0x2
0xffffffff	0x1
0xffffffff	0x0

void 类型

void 相当于一个占位符，可以声明变量或返回值，但是void 类型的变量不可直接使用，需要强制转换为其他类型才可以。

void a;
void fun();

void 通常用于：

• 对函数返回的限定
• 对函数参数的限定

溢出

每种数据类型在存储数据时，都有范围限制。如果把超过限制的数据存入某个变量，会导致各种异常状况。编译时会有警告。

char c = 666;
printf("%d", c);

输出：

/code/main.c: In function ‘main’:
/code/main.c:5:1: warning: overflow in implicit constant conversion [-Woverflow]
char c = 666;
 ^
-102

自定义数据类型

struct、union、enum 是 3 种自定义的数据类型，typedef 是为数据类型起一个别名。

自定义数据类型，就是把已有的数据类型进行组合，得到一个匹配实际的资源类型的存储类型。

使用自定义数据类型时，必须在变量前指明这个变量是哪一个数据类型，例如 struct MyStruct s;

struct 结构体

struct 结构体就是变量的集合，把已有的类型组合到一起，形成新的类型的语句。struct 中的变量按照顺序存储。

struct 也是一条语句，定义时必须以分号结尾。使用时必须用 struct 自定义的名称 变量名 的形式来声明变量，示例：

#include <stdio.h>

struct People {
	unsigned int age;
	char* name;
}; // 这里必须加分号

int main()
{
	struct People s = {20, "jack"};
	printf("%d, %s", s.age, s.name);
}

union 共用体

union 共用体中，所有变量共享同一块内存。因为内存的起始地址重合，任何时刻都只能存储一个变量。

#include <stdio.h>

union myUnion {
	unsigned int i;
	char c;
}; // 这里必须加分号

int main()
{
	union myUnion s;
	s.i = 666;
	printf("%d", s.i);// s 中只有 i 一个元素，如果打印 c 会报错
	s.c = 'a';
	printf("%c", s.c);// s 中只有 c 一个元素，如果打印 i 会报错
}

输出为：``666a

enum 枚举

C 语言中能用 enum 实现的代码，都可以不用 enum 实现。

enum 是常量的集合。例如一周的七天，可以用 #define 或 const int 来定义，也可以打包放到 enum 中。enum 特点是：

• enum 中首元素默认是 0，可以指定为任意 int 类型的整数，后序所有元素依次加一。
• enum 枚举类型可以不指定名称，因为 enum 中的每一个元素都可以当做全局常量直接使用

下面示例中的三种写法等价，用法是一样的：

#include <stdio.h>

/*
#define SUN 7
#define MON 1
#define TUE 2

const int SUN = 7;
const int MON = 1;
const int TUE = 2;
*/

enum {SUN = 0, MON, TUE}; // 默认第一个元素是0，后序元素依次加一

int main()
{
	printf("%d\n", TUE);
}

typedef

typedef 为已有的数据类型起别名，可以让程序可读性更高。通常在 Linux 内核源码中，用 typedef 起的别名，后缀都是 _t。

#include <stdio.h>

typedef unsigned int uint_t;

int main()
{
	uint_t a = 666;
	printf("%d", a);
	return 0;
}

逻辑结构

分支语句

if else 语句

if (3 < 4)
{//...}

switch case default 语句

语法：

switch(整型变量)
{
	case 整型数字：
		// 执行语句
		break; // 必须加，否则会向下执行
	default:
		// 上面没有匹配到时，默认执行这里的语句
}

#include <stdio.h>

int main()
{
	int i;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		switch (i/3)
		{
			case 0:
				printf("%d\n", i);
			case 1:
				printf("%d\n", i);
			case 2:
				printf("%d\n", i);
				break;
			default:
				printf("this is default\n");
		}
	}
}

因为没加 break 会导致 switch case 贯穿，输出如下：

0
0
0
1
1
1
2
2
2
3
3
4
4

循环语句

for 循环

跟次数相关。

C 语言中，for 循环的初始化语句中，必须用已经声明过的变量，比较差：

int i;
for (i = 0; i < 10; i++)
{//...}

do while 循环

至少执行一次。

int a = 666;
do {
	printf("%d", a);
} while (a++ < 0);

while 循环

跟条件相关。

continue、break、goto 语句

continue：结束本次循环，开始下次循环

break：结束语句所在的循环

goto：跳转到指定语句位置

类型修饰符

变量的数据类型定义之后，变量所占用的存储空间大小就固定了。变量的具体存储位置，就需要用类型修饰符来控制。默认的类型是 auto，int a 等价于 auto int a。

• auto：变量默认的修饰符，存储在普通内存中。通过地址来寻址，可以用 & 查看具体地址。
• register：变量存储在 CPU 内部的寄存器中，速度快，容量小。& 取地址符号对这种变量无效。变量访问频率很高时，才考虑放在寄存器中。编译器会尽量把变量放在寄存器中，但如果寄存器不足，则变量还是会放在内存中。通常每个寄存器都有特殊名字，例如 ARM 的 R0，R1 等。
• static：有 3 中使用场景
  • 修饰函数内变量：static int a;
  • 修饰函数外变量：
  • 修饰函数：static int fun(){}
• const：常量定义。实际上是只读变量，还是有办法修改（借助指针）。
• extern：外部声明，表示函数或变量在外部文件中
• volatile：告诉编译器，不优化编译。部分变量不仅软件可以修改，外部硬件也可以修改，编译器此时的优化可能导致错误。