C语言基础入门：数据类型与变量声明

# 1. 介绍C语言基础

## 1.1 C语言概述
C语言是一种通用的高级编程语言，由丹尼斯·里奇在20世纪70年代初期开发而成。C语言被广泛应用于系统软件开发、应用软件开发、嵌入式系统和游戏开发等领域。它以简洁、高效、灵活、可移植等特点而闻名。

## 1.2 C语言的应用领域
C语言被广泛应用于操作系统（例如Linux、Unix、Windows等）、网络设备、数据库系统、编译器、文本编辑器、游戏开发等领域。由于C语言能够直接与计算机硬件交互，并拥有较高的执行速度，因此在软件开发领域具有重要地位。

## 1.3 为什么学习C语言
学习C语言可以帮助程序员更好地理解计算机的工作原理，掌握内存管理、指针等重要概念。此外，C语言是许多其他高级编程语言的基础，掌握好C语言可以为日后学习其他语言打下扎实基础。因此，学习C语言是程序员必备的技能之一。

# 2. 数据类型的概念与分类

数据类型是编程语言中用来定义变量的属性的概念。在C语言中，数据类型可以分为基本数据类型和派生数据类型。

### 2.1 什么是数据类型

数据类型定义了变量的类型以及变量可以存储的数据范围，它们决定了变量在内存中所占的存储空间大小和计算方式。

### 2.2 基本数据类型

在C语言中，基本数据类型包括整型(int)、字符型(char)、浮点型(float)、双精度浮点型(double)和空类型(void)。

### 2.3 派生数据类型

派生数据类型是由基本数据类型组合而成的数据类型，包括数组、指针、结构体、共用体等。这些数据类型可以满足特定场景下的需求，提供了更多的灵活性和功能。

通过学习数据类型的概念与分类，可以更好地理解C语言中变量的定义和使用方式，为后续的学习打下基础。

# 3. 整数和浮点数数据类型

在本章中，我们将详细介绍C语言中整数和浮点数数据类型的概念以及使用方式。

#### 3.1 整数数据类型

在C语言中，整数数据类型用于存储整数值。常见的整数数据类型包括：

- **int**：用于表示整数，通常占用4个字节（32位）内存空间，范围约为-2147483648到2147483647。
- **short**：短整型，通常占用2个字节内存空间，范围约为-32768到32767。
- **long**：长整型，通常占用4个字节内存空间，范围约为-2147483648到2147483647。
- **long long**：长长整型，通常占用8个字节内存空间，范围约为-9223372036854775808到9223372036854775807。

下面是一个示例代码，演示了整数数据类型的使用：

#include <stdio.h>

int main() {
    int num1 = 10;
    short num2 = 20;
    long num3 = 30;
    long long num4 = 40;

    printf("num1 = %d\n", num1);
    printf("num2 = %d\n", num2);
    printf("num3 = %ld\n", num3);
    printf("num4 = %lld\n", num4);

    return 0;
}

**代码总结：** 上述代码定义了不同整数数据类型的变量，并输出它们的值。

**结果说明：** 程序将输出每个整数变量的值，分别为10、20、30和40。

#### 3.2 浮点数数据类型

浮点数数据类型用于存储小数，常见的浮点数数据类型包括：

- **float**：用于表示单精度浮点数，通常占用4个字节内存空间。
- **double**：用于表示双精度浮点数，通常占用8个字节内存空间。
- **long double**：长双精度浮点数，在一些系统中占用12或16个字节内存空间。

下面是一个示例代码，演示了浮点数数据类型的使用：

#include <stdio.h>

int main() {
    float num1 = 3.14f;
    double num2 = 6.28;
    long double num3 = 9.42;

    printf("num1 = %f\n", num1);
    printf("num2 = %lf\n", num2);
    printf("num3 = %Lf\n", num3);

    return 0;
}

**代码总结：** 上述代码定义了不同浮点数数据类型的变量，并输出它们的值。

**结果说明：** 程序将输出每个浮点数变量的值，分别为3.14、6.28和9.42。

#### 3.3 数据类型的大小与范围

C语言提供了`sizeof`关键字来获取数据类型在内存中所占的字节数，可以用于确定数据类型的大小。此外，通过头文件`<limits.h>`和`<float.h>`可以获取数据类型的取值范围和精度。

整数数据类型的大小和范围：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main() {
    printf("Size of int: %d bytes\n", sizeof(int));
    printf("Range of int: %d to %d\n", INT_MIN, INT_MAX);

    return 0;
}

浮点数数据类型的大小和精度：

#include <stdio.h>
#include <float.h>

int main() {
    printf("Size of float: %d bytes\n", sizeof(float));
    printf("Precision of float: %d decimal digits\n", FLT_DIG);

    return 0;
}

# 4. 字符数据类型和字符串

### 4.1 字符数据类型

在C语言中，字符数据类型用于存储单个字符，采用ASCII编码，通常使用`char`关键字声明。

#include <stdio.h>

int main() {
    char character = 'A';
    printf("The character is: %c\n", character);

    return 0;
}

**代码说明**：
- 声明一个`char`类型的变量`character`，赋值为字符'A'。
- 使用`%c`格式符输出字符变量的值。

**代码运行结果**：

The character is: A

### 4.2 字符串数据类型

字符串在C语言中实际上是一个字符数组，以空字符`\0`结尾，使用`char`数组来表示。

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[6] = "Hello";
    printf("The string is: %s\n", str);

    return 0;
}

**代码说明**：
- 声明一个字符数组`str`，存储字符串"Hello"，注意数组大小应该比字符串长度多1以容纳结尾的空字符`\0`。
- 使用`%s`格式符输出字符串变量的值。

**代码运行结果**：

The string is: Hello

### 4.3 字符串常量与字符数组

字符串常量是以双引号括起来的字符序列，在内存中以字符数组的形式存储。

#include <stdio.h>

int main() {
    char *str = "World";
    printf("The string constant is: %s\n", str);

    return 0;
}

**代码说明**：
- 声明一个字符指针`str`，指向字符串常量"World"。
- 使用`%s`格式符输出字符串常量的值。

**代码运行结果**：

The string constant is: World

以上是关于字符数据类型和字符串在C语言中的基本概念及应用，希望能帮助你更好地理解和应用这些概念。

# 5. 变量声明与赋值

在编程中，变量是用来存储数据值的容器。在C语言中，变量必须先声明后使用。本章将介绍变量的定义、命名规范、以及赋值与初始化等相关内容。

### 5.1 变量的定义与声明

在C语言中，定义变量的一般形式为：

<数据类型> <变量名>;

例如，定义一个整型变量：

int num;

### 5.2 变量的命名规范

在命名变量时，需要遵循一定的规范：

- 变量名可以由字母、数字和下划线组成
- 变量名必须以字母或下划线开头
- C语言是区分大小写的，因此变量名区分大小写
- 变量名不能是C语言的关键字

### 5.3 变量赋值与初始化

变量的赋值是将一个值赋给变量，而初始化是在定义变量的同时为其赋初值。

赋值示例：

int num;
num = 10;

初始化示例：

int num = 10;

在实际编程中，变量的赋值和初始化十分常见，可以通过这种方式为变量赋予特定的数值或者其他数据。

# 6. 常量与变量的存储类

在本章中，我们将介绍常量和变量的存储类，这对于理解C语言中变量的生命周期和作用域非常重要。

### 6.1 常量的定义与分类
常量是程序中固定不变的值，可以分为字面常量和符号常量。
- 字面常量：在程序中直接使用的常量值，例如整数常量`5`、浮点常量`3.14`、字符常量`'A'`等。
- 符号常量：用标识符来代表常量值，通常使用`#define`预处理指令定义，例如`#define PI 3.14159`。

#define PI 3.14159

int main() {
    const int MAX_VALUE = 100; // 声明一个常量MAX_VALUE
    printf("PI的值为：%f\n", PI);
    printf("最大值为：%d\n", MAX_VALUE);
    return 0;
}

- 上述代码中，使用了`#define`定义符号常量`PI`，并使用`const`关键字定义了一个整型常量`MAX_VALUE`。

### 6.2 变量的存储类
变量的存储类决定了变量的生命周期和作用域，C语言中有以下四种存储类：
- auto：函数内局部变量的默认存储类，生命周期随函数调用开始和结束而变化。
- static：静态存储类使变量在程序执行期间保持存在，可用于保持变量值不变。
- extern：用于提供一个全局变量的引用，其它文件可以访问。
- register：请求把变量存储在寄存器中，加快访问速度。

#include <stdio.h>

void func() {
    auto int num1 = 10; // auto存储类
    static int num2 = 10; // static存储类
    printf("auto变量值：%d\n", num1);
    printf("static变量值：%d\n", num2);
}

int main() {
    register int i;
    extern int num; // 声明外部变量num
    for (i=0; i<5; i++) {
        printf("寄存器变量i的值：%d\n", i);
    }
    num = 50; // 初始化外部变量num
    printf("外部变量num的值：%d\n", num);
    func(); // 调用函数
    return 0;
}

- 上述代码展示了不同存储类的变量的使用方式，包括`auto`、`static`、`extern`和`register`。

### 6.3 static、auto、extern、register关键字介绍
- `static`关键字：用于指示编译器在程序的生命周期内保持变量存在，静态变量在程序执行期间仅初始化一次。
- `auto`关键字：函数内局部变量的默认存储类，通常用于声明局部变量。
- `extern`关键字：用于声明一个全局变量，可以在其它文件中访问。
- `register`关键字：请求将变量存储在寄存器中，以加快访问速度，但并非总能成功。

通过本章的学习，你应该能够理解C语言中常量与变量的存储类的概念和使用方法，灵活运用这些存储类可以更好地管理变量和优化程序性能。