在我们使用计算机的过程中,会接触到各种各样的数据,有文档数据、图片数据、视频数据,还有聊QQ时产生的文字数据、用迅雷下载的文件数据等。这讲我们就来介绍C语言中数据的处理。

一、数据的存储

1.数据类型

首先来看看计算机是怎么存储数据的。总的来说,计算机中存储的数据可以分为两种:静态数据和动态数据。

1> 静态数据

概念:静态数据是指一些永久性的数据,一般存储在硬盘中。硬盘的存储空间一般都比较大,现在普通计算机的硬盘都有500G左右,因此硬盘中可以存放一些比较大的文件。

存储的时长:计算机关闭之后再开启,这些数据依旧还在,只要你不主动删掉或者硬盘没坏,这些数据永远都在。

哪些是静态数据:静态数据一般是以文件的形式存储在硬盘上,比如文档、照片、视频等。

2> 动态数据

概念:动态数据指在程序运行过程中,动态产生的临时数据,一般存储在内存中。内存的存储空间一般都比较小,现在普通计算机的内存只有4G左右,因此要谨慎使用内存,不要占用太多的内存空间。

存储的时长:计算机关闭之后,这些临时数据就会被清除。

哪些是动态数据:当运行某个程序(软件)时,整个程序就会被加载到内存中,在程序运行过程中,会产生各种各样的临时数据,这些临时数据都是存储在内存中的。当程序停止运行或者计算机被强制关闭时,这个程序产生的所有临时数据都会被清除。

你可能会问:既然硬盘的存储空间这么大,为何不把所有的应用程序加载到硬盘中去执行呢?有个主要原因是内存的访问速度比硬盘快N倍。

3> 动态数据和静态数据的转换

硬盘和内存是计算机使用最频繁的两个硬件,它们之间的数据经常要进行转换。

比如,硬盘上有个叫做“C语言.mp4”的视频文件,现在要使用暴风影音来播放

首先打开暴风影音软件,计算机会将暴风影音加载到内存中,紧接着计算机会读取硬盘中视频文件的内容到内存中。暴风影音会解析读取到的文件内容,以视频的形式呈现给用户看。这就完成了一个由静态数据到动态数据的转换。

再比如,你使用迅雷从网上下载一个叫做“C语言.mp4”的视频文件

首先打开迅雷软件,计算机会将迅雷加载到内存中,紧接着迅雷就会从互联网下载视频文件。大家都知道,这个下载过程肯定是要耗点时间的,主要受文件大小和下载速度的影响。每个时间段内下载获取的数据都是先放到内存中,然后再写入到硬盘中。所有数据下载完毕后,硬盘中就会有一个完整的视频文件。这就完成了动态数据到静态数据的转换。

2.存储形式

1> 二进制存储

在前面的文章中说过,计算机只能识别0和1。因此,前面所说的静态数据和动态数据,都是以0和1的形式存储的,这种存储方式称为“二进制存储”。有人可能觉得很诧异,只是0和1怎么可能表示这多的数据呢?没错,如果只是一位数字的话,只能表示2种数据:要么是0,要么是1。但是如果有多位数字的话,那情况就不一样了。如果有2位数字,那么就能表示4种数据:00、01、10、11;如果有3位数字呢,就能表示8种数据;以此类推,如果有n位数字,就能表示2的n次方种数据。可以发现,只要位数足够,0和1所能表示的数据是非常庞大的。

2> 比特位和字节

* 平时我们在计算机上看到的MP4、MP3、照片等文件,都是由0和1组合成的,只不过计算机解析了这些0和1,以图形界面的形式呈现在我们眼前。文件越大,所包含的0和1就越多,为了方便计算文件大小,对计量单位做了个规定:1个二进制位为1bit,也就是1个0或1就为1bit,bit的中文翻译是“比特位”;8个二进制位为1byte,也就是8个0或1就为1byte,1byte=8bit,byte的中文翻译是“字节”。平时我们所说的某个文件大小为64B,就是64字节的意思,内部包含了64x8个0和1。

* 还有一些需要了解的计量单位:

1 KB = 1024 B,1 MB = 1024 KB,1 GB = 1024 MB,1 TB = 1024 GB

* 在Mac上查看某个mp4文件的大小:

26.2 MB = 26.2 x 1024 KB = 26.2 x 1024 x 1024 B(字节)

二、数据类型

作为程序员,最关心的肯定是内存中的动态数据,因为我们写的程序就是运行在内存中的。程序在运行过程中,会产生各种各样的动态临时数据,为了方便数据的运算和操作,C语言对这些数据进行了分类,提供了丰富的数据类型。大致如下图所示:

* 在图中众多数据类型中,最常用的是4种基本数据类型:char、int、float、double,而最重要的是指针类型,指针使用得当的话,不仅可以节省代码量,还可以优化内存管理、提高性能。因此,指针是一个非常重要的概念,必须重视。如果你说C语言中除了指针,其他都学得挺好的,那你干脆说你没学过C语言。

* 这些丰富的数据在C语言中可以用常量或者变量来表示。接下来就介绍一下常量和变量的使用。

三、常量

1.什么是常量

"量"表示数据。常量,则表示一些固定的数据,也就是不能改变的数据。

2.常量的类型

在C语言中,常量大致可以分为以下类型:

1> 整型常量(int)

其实就是int类型的数据,包括了所有的整数,比如6、27、109、256、-10、0、-289等

2> 浮点型常量(float\double)

浮点型常量分为double和float两种数据类型

  • double:双精度浮点型,其实就是小数。比如5.43、-2.3、0.0等,注意,0.0也算是个小数。
  • float:单精度浮点型,也是小数,比double的精确程度低,也就是说所能表示的小数位数比较少。为了跟double区分开来,float型数据都是以f结尾的,比如5.43f、-2.3f、0.0f。需要注意的是,绝对不能有10f这样格式的,编译器会直接报错,只有小数才允许加上f。

3> 字符常量(char)

  • 将一个数字(0~9)、英文字母(a~z、A~Z)或者 其他符号(+、-、!、?等)用单引号括起来,这样构成的就是字符常量。比如'6'、'a'、'F'、'+'、'$'等。
  • 注意:单引号只能括住1个字符,而且不能是中文字符,下面的写法是错误的:'abc'、'123456'、'男'

4> 字符串常量

  • 将一个或者多个字符用双引号("")括起来,这样构成的就是字符串常量。比如"6"、"男"、"哇哈哈"、"abcd"、"my_car4",其实printf("Hello World");语句中的"Hello World"就是字符串常量。
  • 那究竟6、'6'、"6"在用法上有什么区别呢?这个先不作讨论,以后会介绍。

三、变量

1.什么是变量

常量表示的数据是不可以改的,而用变量表示的数据是可以经常修改的。比如游戏中主角的生命值就可以用一个变量来表示,主角受到伤害后,生命值就会减少,主角接受治疗后,生命值就会增多,在游戏过程中,主角的生命值一直都在改变,因此主角的生命值应该用一个变量来表示。总结一句话:当一个数据的值需要经常改变或者不确定时,就应该用变量来表示。

2.变量的定义

任何变量在使用之前,必须先进行定义。定义变量的目的是:在内存中分配一块存储空间给变量,方便以后存储数据。如果定义了多个变量,就会为这多个变量分别分配不同的存储空间。

1> 变量类型

* 计算机的内存是有限的,现在普通计算机的内存有4G,那么定义一个变量的时候分配多少存储空间给这个变量呢?是4G全部给它么?这很显然不可能,如果把4G的存储空间全部给了这个变量,那就意味着不能再分配空间给其他变量,而且系统也会瘫痪,因为内存不够用了,无法再运行其他程序。因此,我们在定义变量的时候,需要指明变量类型,系统会根据变量类型来分配相应的存储空间。不同数据类型所占用的存储空间是不一样的,如果是字符型(char)变量,就分配1个字节的存储空间;如果是整型(int)变量,就分配4个字节的存储空间。

* 变量类型的还一个作用是用来约束变量所存放数据的类型。一旦给变量指明了类型,那么这个变量就只能存储这种类型的数据,比如整型(int)变量只能存储整型数据,不能存储浮点型数据。

2> 变量名

在程序运行过程,肯定会定义大量的变量,每个变量都有自己的存储空间。那怎么区分这些变量呢?怎么找到变量对应的存储空间呢?为了区分这些变量,定义变量的时候应该为每个变量指定一个变量名,变量名也是标识符的一种。当我们要修改变量的数据时,系统会根据变量名找到变量对应的存储空间,将存储空间里面的数据改掉。

3> 定义

总结可得,定义变量需要2个条件:变量类型、变量名。定义变量的格式为:变量类型  变量名;

1 int main()
2 {
3 int i;
4
5 char c;
6
7 return 0;
8 }

由于C程序的入口是main函数,因此暂时把定义变量的代码都写在了main函数中。在第3行定义了一个名字为i的整型变量,说明i只能存储整型数据;在第5行定义了一个名字为c的字符型变量,说明c只能存储字符型数据。第3、5、7行的代码都称为“语句”,每条语句后面都有个分号;。

于是,系统就会在内存中分别为变量i、c分配一定的存储空间,如下图所示,i和c各占用一块存储空间。至于究竟占用多少字节的存储空间呢,暂时不用去研究,后面会介绍。

如果是同一种类型的变量,可以连续定义,变量名之间用逗号,隔开。格式为:变量类型  变量名1, 变量名2, 变量名3, ... ;

1 int main()
2 {
3 int a, c;
4
5 return 0;
6 }

第3行代码的意思是定义了2个int类型的变量,变量名分别为a、c

3.变量的使用

1> 先定义,再初始化

前面已经定义了两个变量,但是这两个变量并没有存储任何值,我们需要给变量进行第一次赋值,也叫做“初始化”。

变量赋值的格式是:变量名 = 值;

这个等号"="是一个赋值运算符,将右边的值赋值给左边的变量,也就是将右边的值存储到左边变量的存储空间中。

 1 int main()
2 {
3 int i;
4 i = 10;
5
6 char c;
7 c = 'A';
8
9 return 0;
10 }

在第4行给变量i赋值一个整型常量10,在第7行给变量c赋值一个字符型常量'A'。像第4、7行这样的赋值操作,称为“赋值运算”。

内存中大致如下图所示,整数10存储在i的存储空间中,字母A存储在c的存储空间中。

(其实我这个图并不是很准确,因为内存中的所有数据都是以0和1的形式存储的,比如10,它会存储成1010;字母A,它会存储成1000001。这里为了达到直观的效果,就没有写成二进制形式)

2> 定义的同时初始化

上面的代码也可以写成下面这样,在定义变量的同时进行初始化:变量类型  变量名 = 值;

1 int main()
2 {
3 int i = 10;
4
5 float f = 10.9f;
6
7 double d = 9.8;
8 return 0;
9 }

3> 可以不断修改

既然i是个变量,说明它的值可以不断地改变,看下面的代码

 1 int main()
2 {
3 int i = 10;
4
5 i = 89;
6
7 char c = 'A';
8
9 return 0;
10 }

在第3行定义了变量i,并且初始值为10。紧接着在第5行把i的值改为89,这个89会覆盖以前存储的10,内存中大致如下图所示

4> const关键字

刚才提到,默认情况下,变量的值是可以不断改变的。不过,有时候我们会希望变量的值只在定义的时候初始化一次,以后都不能再改变,这个时候我们就可以使用const关键字来修饰变量。

1 int main()
2 {
3 const int i = 10;
4
5 i = 11;
6
7 return 0;
8 }

注意第3行,在int的前面加了个const关键字。表示变量i的值只会初始化一次,也就是说i的值永远都是一开始的10,以后都不能再改了。所以编译器会报第5行代码的错误,不允许再次修改i的值。

4.变量的使用注意

1> 不能重复定义同一个变量

下面的代码是错误的

1 int main()
2 {
3 int i = 10;
4
5 int i = 89;
6 return 0;
7 }

编译器会报第5行的错,错误的原因很简单,第3行和第5行都是定义变量i,因此在内存中会是这样

内存中会出现两块存储空间,而且名字都叫i,那如果我想取出变量i的值,那你说计算机取10好还是取89好呢?因此,这种做法肯定是不可以的。

2> 可以将一个变量的值赋值给另外一个变量

1 int main()
2 {
3 int i = 10;
4
5 int a = i;
6
7 return 0;
8 }

在第3行定义了变量i且初始值为10;接着在第5行定义了变量a,并且将变量i的值赋值给了a。在内存中大致如下图所示:

变量i和变量a存储的值都是10

3> 变量的作用范围(作用域)是从定义变量的那一行代码开始

下面的代码是错误的

 1 int main()
2 {
3 int a = i;
4
5 int i = 10;
6
7 int b = i;
8
9 return 0;
10 }

编译器会报第3行的错误,错误原因是:标识符i找不到。我们是在第5行定义了变量i,因此变量i从第5行开始才有效,在前面的第3行是无效的。

 
 

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