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  • 计算机内存
  • 常量和变量
  • 数据类型
  • 运算符
  • 计算机内存管理

计算机内存

信息存储概述

使用程序进行开发时,需要存储各种信息,这时候就需要用到变量。由于信息类型不同,变量的类型也因此不尽相同。

同时,信息的存储除了用来记录信息之外,还会进行各种运算,因此这些运算就需要用到各种运算符。

内存

计算机内存可以分为物理内存和虚拟内存:

  • 物理内存:高速主存储器
  • 虚拟内存:解决两个问题:1、程序暂停,线程驻留在主存储器中,可以把该进程转移到虚拟存储器中,提高主存储器的使用效率;2,需要加载的程序比较大,物理内存容量不足。

Windows虚拟内存称为:虚拟内存。Unix系统中称为:(swap)交换空间。

内存管理

每个程序都希望程序代码和数据能够更多的加载到内存,这样可以提高计算机运行效率。

但是计算机都是多任务系统,他需要对每个程序进行内存分配,这就涉及到操作系统对内存的管理。

常见的内存空间分配方式有以下三种:

分配方式

说明

特点

分页式管理

内存被拆分成固定大小的存储单位,每个单位4KB。程序申请使用内存时,按照4KB的倍数分配,分配区域不连续,随机分配。

1.  页面长度固定,分配方式简单,内存利用率高。

2.  对一个程序来说,同一个逻辑模块可能被拆分为许多个页面,不利于信息保护和功能共享。

3.  程序在虚拟内存和物理内存之间转移,按照4KB大小存储单位进行转移。

分段式管理

分段式管理主要依据程序的逻辑结构进行分段。程序逻辑结构一般分为主程序段和子程序段,主程序段必须在物理内存中运行,系统按照程序段的大小分配内存空间。段内的数据是连续的,虚拟内存和物理内存之间的转移以段为单位进行转移。

1.  段的长度不固定,分配空间时可能产生内存碎片,导致内存利用率不足。

2.  对一个程序来说,同一个逻辑模块连续存放,不仅提高了执行效率,也便于信息的保护和功能共享。

段页式管理

大多数计算机结合了分页式存储和分段式管理的优点,采用段页式的管理。

1.  先将程序按逻辑模块分段,每个段再进行分页,信息传递以页为单位。

2.  建立相关联的段表、页表,用来定位程序段、段内各业的存储地址。

3.  通过分段提高了程序执行效率,通过分页改善了内存空间的利用率。

常量和变量

C语言基本元素

1. 符号集(字符集)

C语言基本字符集分为源字符集(书写C语言源文件所用的字符集)和执行字符集(C语言程序执行期间解释的字符集)。

源字符集包括大小写字母(52)、数字(10)、格式符(4)、特殊字符(29)。

执行字符集在源字符集的基础上还包括null字符(用做字符串终止符)、警报(alert)、退格(backspace)、回车(carriage return)。为了在字母和字符串中表示这些字符,输入反斜杠\加对应的转义序列(escape sequence)即可,例如,\0表示 null 字符(空字符),\a表示警报,\b表示退格,而\r表示回车。

源字符集中,格式符包括:空格、水平制表符(HT)、垂直制表符(VT)、换页符(FF)。特殊字符如下29个:

!  "  #  %  &  '  ( )  *  +  , - .  /  : ;

<  =  >  ?  [  \  ]  ^  _  {  |  }  ~

2. 关键字

也称为保留字,是C语言中具有特定含义,专门用作语言特定成分的一类标识符。ANSI标准定义32个关键字。

非常见:auto、register、volatile、goto。

存储相关:const、extern、register、volatile、static、auto、signed、unsigned。

数据类型:char、short、int、float、long、double、struct、union、enum、void。

逻辑控制:if、else、for、while、do、break、continue、return、default、switch、case、goto。

特殊用途:sizeof、typedef

注意: 我们定义的标识符不能是关键字;所有关键字小写。

3. 标识符

用来标记常量、变量、函数及文件名字的一串字符。(不包括关键字)。

标识符命名规则:

1)        以字母(大小写都可以)或下划线开头;

2)        后可跟若干个(包括0个)字母、数字、下划线;

3)        标识符的长度在各种编译器和系统有所不同,建议不超过8个字符;

4)        标识符与关键字不能相同。

问题?以下那些是合法的标识符,哪些是非法的?

x

y3

_imax

ELSE

X

A_to_B

7x

int

#NO

bad one

re-input

aaaabbbbccc

常量和变量

程序所操作的信息需要存储在内存中,所以需要定义常量和变量,常量和变量保存所需操作的信息。

1.      常量

常量:指在程序运行过程中,其值不变的量。在程序中不必对常量进行任何说明就可以使用。

例如:人的性别,一生下来就确定,不可以修改,即常量。

2.      变量

变量:指在程序运行过程中,其值可以被改变的量。

例如:人的姓名,或者小名,可以改变,即变量。

对于C语言来说,变量的值=该存储空间里的数据和信息。

变量的定义

语法规则:

数据类型  标识符1 [,标识符2,…标识符N ] ;

例如:

int a;

  char b,c;

命名规则:与标识符命名规则一致。

3.      常量与变量命名规范

1)        区分大小写

2)        命名要见名知意

3)        先定义后使用

4)        符号常量名用大写,变量小写

4.      变量的赋值

1)        定义变量时初始化变量值

数据类型  变量名=初始值;

2)        先定义变量,然后为变量赋值

数据类型  变量名;

变量名=初始值;

5.      变量的输入和输出

scanf(“%d”,&a);

printf(“%d”,a);

 

6.      变量的使用

变量类型决定了变量在内存中的地址分配;变量名即变量在内存中的地址。

数据类型

C语言数据类型

c语言类型主要分为四类:

序号

类型与描述

1

基本类型:
它们是算术类型,包括两种类型:整数类型和浮点类型。

2

枚举类型:
它们也是算术类型,被用来定义在程序中只能赋予其一定的离散整数值的变量。

3

void 类型:
类型说明符 void 表明没有可用的值。

4

派生类型:
它们包括:指针类型、数组类型、结构类型、共用体类型和函数类型。

基本类型

基本类型数据如下:

类型

存储大小

值范围

char

1 字节

-128 到 127 或 0 到 255

unsigned char

1 字节

0 到 255

signed char

1 字节

-128 到 127

int

2 或 4 字节

-32,768 到 32,767 或 -2,147,483,648 到 2,147,483,647

unsigned int

2 或 4 字节

0 到 65,535 或 0 到 4,294,967,295

short

2 字节

-32,768 到 32,767

unsigned short

2 字节

0 到 65,535

long

4 字节

-2,147,483,648 到 2,147,483,647

unsigned long

4 字节

0 到 4,294,967,295

1.      字符型数据

字符常量:用单引号包含的一个字符,只能包含一个字符。

例如:

‘a’         ‘A’       ‘$’

转义字符:特殊的常量字符,详细参考第一章介绍。

字符变量:字符型变量用来存放字符常量,只能存放一个字符。一个字符变量在内存中占用一个字节。

字符变量的定义和赋值:字符变量的赋值可以是直接赋值字符常量,或者整数(整数必须在ASCII表示范围内)。如下示例所示:

字符数据在内存中的存储

 

2.      整型数据

整型的存储大小与系统位数有关,int数据类型的数值范围与系统有关,16、32、64位系统对应默认整型数据的长度分别是16、32、64位。但目前通用的以64位系统为主。以下列出了32位系统与64位系统的存储大小的差别(windows 相同):

使用 sizeof 运算符判断具体平台的存储大小。表达式:sizeof(type) 得到对象或类型的存储字节大小。如下示例示例:

其中,%lu 为 32 位无符号整数。

整型变量在内存中的表示:以十进制数13示例示例。

如何表示负数?C语言中负数是以补码的形式进行存储的。计算机中的符号数有三种表示方法,即原码、反码和补码。三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位,三种表示方法各不相同:正整数的补码是其二进制表示,与原码相同;负整数的补码,将其对应正数二进制表示所有位取反(包括符号位,0变1,1变0)后加1。

<<参考计算机补码及运算>>

3.      浮点类型

类型

存储大小

值范围

精度

float

4 字节

1.2E-38 到 3.4E+38

6 位小数

double

8 字节

2.3E-308 到 1.7E+308

15 位小数

long double

16 字节

3.4E-4932 到 1.1E+4932

19 位小数

 

头文件 float.h 定义了宏,在程序中可以使用这些值和其他有关实数二进制表示的细节。下面的实例将输出浮点类型占用的存储空间以及它的范围值:

%E 为以指数形式输出单、双精度实数。

 

void类型

void 类型指定没有可用的值。它通常用于以下三种情况下:

序号

类型与描述

1

函数返回为空
C 中有各种函数都不返回值,或者您可以说它们返回空。不返回值的函数的返回类型为空。例如 void
exit (int status);

2

函数参数为空
C 中有各种函数不接受任何参数。不带参数的函数可以接受一个 void。例如 int rand(void);

3

指针指向 void
类型为 void * 的指针代表对象的地址,而不是类型。例如,内存分配函数 void
*malloc( size_t size );
 返回指向 void 的指针,可以转换为任何数据类型。

运算符

运算符是一种告诉编译器执行特定的数学或逻辑操作的符号。C 语言内置了丰富的运算符,并提供了以下类型的运算符:

算术运算符

下表显示了 C 语言支持的所有算术运算符。假设变量 A 的值为 10,变量 B 的值为 20,则:

运算符

描述

实例

+

把两个操作数相加

A + B 将得到 30

-

从第一个操作数中减去第二个操作数

A - B 将得到 -10

*

把两个操作数相乘

A * B 将得到 200

/

分子除以分母

B / A 将得到 2

%

取模运算符,整除后的余数

B % A 将得到 0

++

自增运算符,整数值增加 1

A++ 将得到 11

--

自减运算符,整数值减少 1

A-- 将得到 9

关系运算符

下表显示了 C 语言支持的所有关系运算符。假设变量 A 的值为 10,变量 B 的值为 20,则:

运算符

描述

实例

==

检查两个操作数的值是否相等,如果相等则条件为真。

(A == B) 不为真

!=

检查两个操作数的值是否相等,如果不相等则条件为真。

(A != B) 为真

>

检查左操作数的值是否大于右操作数的值,如果是则条件为真。

(A > B) 不为真

<

检查左操作数的值是否小于右操作数的值,如果是则条件为真。

(A < B) 为真

>=

检查左操作数的值是否大于或等于右操作数的值,如果是则条件为真。

(A >= B) 不为真

<=

检查左操作数的值是否小于或等于右操作数的值,如果是则条件为真。

(A <= B) 为真

关于布尔值类型:

c语言使用整数0存储假,1存储真。没有bool类型。

在vc6.0中,写c代码可以定义bool类型数据,原因是使用的是C++中的bool类型。一般开发环境都支持c++和c,所有要注意区分。

例如:

bool flag=true;
bool result=false;

  

逻辑运算符

下表显示了 C 语言支持的所有关系逻辑运算符。假设变量 A 的值为 1,变量 B 的值为 0,则:

运算符

描述

实例

&&

称为逻辑与运算符。如果两个操作数都非零,则条件为真。

(A && B) 为假。

||

称为逻辑或运算符。如果两个操作数中有任意一个非零,则条件为真。

(A || B) 为真。

!

称为逻辑非运算符。用来逆转操作数的逻辑状态。如果条件为真则逻辑非运算符将使其为假。

!(A && B) 为真。

逻辑运算符&&和||存在短路运算,示例如下:

int main()

{

int a=10;

int b=11;

int c=0;

if(a==b&&c++){

}

printf("%d",c);

return 0;

}

或者

int main()

{

int a=10;

int b=10;

int c=0;

if(a==b||c++){

}

printf("%d",c);

return 0;

}

以上代码各输出c的结果是?(输出为:0)

位运算符

假设如果 A = 60,且 B = 13,现在以二进制格式表示,它们如下所示:

A = 0011 1100

B = 0000 1101

-----------------

A&B = 0000 1100

A|B = 0011 1101

A^B = 0011 0001

~A  = 1100 0011

位运算符作用于二进制位,并逐位执行操作。&、 | 和 ^ 的真值表如下所示:

运算符

描述

实例

&

按位与操作,按二进制位进行"与"运算。运算规则:

0&0=0;

0&1=0;

1&0=0;

1&1=1;

(A & B) 将得到 12,即为 0000 1100

|

按位或运算符,按二进制位进行"或"运算。运算规则:

0|0=0;

0|1=1;

1|0=1;

1|1=1;

(A | B) 将得到 61,即为 0011 1101

^

异或运算符,按二进制位进行"异或"运算。运算规则:

0^0=0;

0^1=1;

1^0=1;

1^1=0;

(A ^ B) 将得到 49,即为 0011 0001

~

取反运算符,按二进制位进行"取反"运算。运算规则:

~1=0;

~0=1;

(~A ) 将得到 -61,即为 1100 0011,一个有符号二进制数的补码形式。

<<

二进制左移运算符。将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位(左边的二进制位丢弃,右边补0)。

A << 2 将得到 240,即为 1111 0000

>>

二进制右移运算符。将一个数的各二进制位全部右移若干位,正数左补0,负数左补1,右边丢弃。

A >> 2 将得到 15,即为 0000 1111

示例代码:

#include <stdio.h>

int main()

{

unsigned int a = 60;    /* 60 = 0011 1100 */

unsigned int b = 13;    /* 13 = 0000 1101 */

int c = 0;

c = a & b;       /* 12 = 0000 1100 */

printf("Line 1 - c 的值是 %d\n", c );

c = a | b;       /* 61 = 0011 1101 */

printf("Line 2 - c 的值是 %d\n", c );

c = a ^ b;       /* 49 = 0011 0001 */

printf("Line 3 - c 的值是 %d\n", c );

c = ~a;          /*-61 = 1100 0011 */

printf("Line 4 - c 的值是 %d\n", c );

c = a << 2;     /* 240 = 1111 0000 */

printf("Line 5 - c 的值是 %d\n", c );

c = a >> 2;     /* 15 = 0000 1111 */

printf("Line 6 - c 的值是 %d\n", c );

}

输出结果

赋值运算符

下表列出了 C 语言支持的赋值运算符:

运算符

描述

实例

=

简单的赋值运算符,把右边操作数的值赋给左边操作数

C = A + B 将把 A + B 的值赋给 C

+=

加且赋值运算符,把右边操作数加上左边操作数的结果赋值给左边操作数

C += A 相当于 C = C + A

-=

减且赋值运算符,把左边操作数减去右边操作数的结果赋值给左边操作数

C -= A 相当于 C = C - A

*=

乘且赋值运算符,把右边操作数乘以左边操作数的结果赋值给左边操作数

C *= A 相当于 C = C * A

/=

除且赋值运算符,把左边操作数除以右边操作数的结果赋值给左边操作数

C /= A 相当于 C = C / A

%=

求模且赋值运算符,求两个操作数的模赋值给左边操作数

C %= A 相当于 C = C % A

<<=

左移且赋值运算符

C <<= 2 等同于 C = C << 2

>>=

右移且赋值运算符

C >>= 2 等同于 C = C >> 2

&=

按位与且赋值运算符

C &= 2 等同于 C = C & 2

^=

按位异或且赋值运算符

C ^= 2 等同于 C = C ^ 2

|=

按位或且赋值运算符

C |= 2 等同于 C = C | 2

杂项运算符

下表列出了 C 语言支持的其他一些重要的运算符,包括 sizeof 和 ? :。

运算符

描述

实例

sizeof()

返回变量的大小。

sizeof(a) 将返回 4,其中 a 是整数。

&

返回变量的地址。

&a; 将给出变量的实际地址。

*

指向一个变量。

*a; 将指向一个变量。

? :

条件表达式

如果条件为真 ? 则值为 X : 否则值为 Y

示例代码:

#include <stdio.h>

int main()

{

   int a = 4;

   short b;

   double c;

   int* ptr;

   /* sizeof 运算符实例 */

   printf("Line 1 - 变量 a 的大小 = %lu\n", sizeof(a) );

   printf("Line 2 - 变量 b 的大小 = %lu\n", sizeof(b) );

   printf("Line 3 - 变量 c 的大小 = %lu\n", sizeof(c) );

   /* & 和 * 运算符实例 */

   ptr = &a;    /* 'ptr' 现在包含 'a' 的地址 */

   printf("a 的值是 %d\n", a);

   printf("*ptr 是 %d\n", *ptr);

   /* 三元运算符实例 */

   a = 10;

   b = (a == 1) ? 20: 30;

   printf( "b 的值是 %d\n", b );

   b = (a == 10) ? 20: 30;

   printf( "b 的值是 %d\n", b );

}

  

输出结果:

运算符优先级

运算符的优先级确定表达式中项的组合。这会影响到一个表达式如何计算。某些运算符比其他运算符有更高的优先级,例如,乘除运算符具有比加减运算符更高的优先级。

例如 x = 7 + 3 * 2,在这里,x 被赋值为 13,而不是 20,因为运算符 * 具有比 + 更高的优先级,所以首先计算乘法 3*2,然后再加上 7。

下表将按运算符优先级从高到低列出各个运算符,具有较高优先级的运算符出现在表格的上面,具有较低优先级的运算符出现在表格的下面。在表达式中,较高优先级的运算符会优先被计算。

类别 

运算符 

结合性 

后缀

() [] -> . ++ - -

从左到右

一元

+ - ! ~ ++ - - (type)* & sizeof

从右到左

乘除

* / %

从左到右

加减

+ -

从左到右

移位

<< >>

从左到右

关系

< <= > >=

从左到右

相等

== !=

从左到右

位与 AND

&

从左到右

位异或 XOR

^

从左到右

位或 OR

|

从左到右

逻辑与 AND

&&

从左到右

逻辑或 OR

||

从左到右

条件

?:

从右到左

赋值

= += -= *= /= %=>>= <<= &= ^= |=

从右到左

逗号

,

从左到右

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