（作者：徐誠 http://blog.csdn.net/shizhebsys 保留版權(quán)）

C 語言程序中用于運(yùn)算的數(shù)據(jù)可以分為常量與變量兩種基本類型。常量是直接在代碼中所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算過程中不能修改常量值。變量是 C 語言程序在內(nèi)存中為數(shù)據(jù)動態(tài)劃分出的定長存儲空間，運(yùn)算過程中可以修改變量值。為了讓讀者能夠更深入的了解常量與變量的本質(zhì)，在介紹常量與變量前，我們首先需要認(rèn)識計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲機(jī)制。

3.1.1 內(nèi)部存儲器、寄存器和數(shù)據(jù)存儲形式

在計(jì)算機(jī)的電路中，用于存放運(yùn)算數(shù)據(jù)的設(shè)備有內(nèi)部存儲器（內(nèi)存）和寄存器。內(nèi)存是主要的存儲設(shè)備，對應(yīng)的電路模塊稱之為內(nèi)存條。寄存器的容量非常小，但是處于 CPU 的內(nèi)部，因此訪問速度非?？?。

數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲在內(nèi)存或寄存器中，最小的存儲單位為位（ bit ），每次可操作的最小存儲單位為字節(jié)（ byte ）。例如十進(jìn)制整數(shù) 87 對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為 01010111 ，至少需要 1 字節(jié)的存儲空間，在內(nèi)存中的存儲形式如圖 3.1 所示。

圖 3.1 1 字節(jié)存儲空間模擬圖

內(nèi)存地址用以表示字節(jié)單元在內(nèi)存中的位置，計(jì)算機(jī)可通過內(nèi)存地址訪問相應(yīng)的內(nèi)存單元。由于計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)差異非常大，每次運(yùn)行程序時內(nèi)存的狀況也不相同，因此存放數(shù)據(jù)的位置也不一樣。在 C 語言程序中，變量是程序運(yùn)行時動態(tài)劃分的內(nèi)存單元，其本質(zhì)是某一內(nèi)存單元在程序中的映射。這樣，設(shè)計(jì)程序時不用考慮數(shù)據(jù)具體存放的位置，只用變量的名稱就可以訪問相應(yīng)的內(nèi)存地址。變量的聲明形式為：

[modifier] type name [= value];

其中， modifier 是修飾符， name 是變量的名稱， value 是在聲明時為變量賦予的初始值。聲明語句結(jié)束后，必須使用分號結(jié)束一行。

例如為了保存十進(jìn)制整數(shù) 87 聲明了一個字符型變量，變量名為 a 。該變量規(guī)定的長度為 1 字節(jié)，程序運(yùn)行時，操作系統(tǒng)會為變量 a 劃分出 1 字節(jié)的存儲空間，通過名稱 a 可對相應(yīng)的存儲空間進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀或?qū)懖僮?。如下列源代碼所示：

#include <stdio.h> // 包含基本輸入輸出頭文件

int main() // 主函數(shù)

{

char a; // 聲明字符型變量 a

a = 87; // 向變量 a 寫入數(shù)據(jù)

printf("%d", a); // 輸出變量 a 的數(shù)值到終端

return 0; // 退出程序

}

代碼運(yùn)行時，“ char a ”表達(dá)式進(jìn)行聲明操作，要求操作系統(tǒng)為字符型變量 a 分配內(nèi)存。假設(shè)分配的內(nèi)存地址為 0x30 ，名稱 a 就可以代表以該地址開始，長度為 1 字節(jié)的存儲空間。操作系統(tǒng)會將這一段內(nèi)存空間保護(hù)起來，不會將同樣的空間分配給其他程序或變量?！? a = 87 ”表達(dá)式對 a 進(jìn)行賦值操作，實(shí)際上就是把數(shù)據(jù)寫入到相應(yīng)的內(nèi)存單元中。程序結(jié)束后，操作系統(tǒng)會進(jìn)行內(nèi)存回收，分配給變量 a 的內(nèi)存空間被標(biāo)為空閑，其他程序可以獲得該空間。

不同數(shù)據(jù)類型的變量差別在于對應(yīng)存儲空間的長度，該長度還會因?yàn)橛?jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和編譯器類型的差別而不同。例如整型變量的長度對應(yīng)于凌動處理器和 GCC 編譯器的長度為 4 字節(jié)，存放負(fù)整數(shù) -87 的整型變量在內(nèi)存中的存儲形式如圖 3.2 所示。

圖 3.2 4 字節(jié)存儲空間模擬圖

整型變量的長度為 4 個字節(jié)，但是只需要第 1 個字節(jié)的地址就能訪問到整個空間。因?yàn)樽兞款愋鸵呀?jīng)為變量定義了存儲空間長度的信息，第 1 個字節(jié)的地址稱為首地址，只用通過偏移量就能得到其他字節(jié)的地址。

為了保存正負(fù)符號，存儲空間中的第 1 位是符號位。正數(shù)對應(yīng) 0 ，負(fù)數(shù)對應(yīng) 1 。被符號占用 1 位存儲空間后，字符型變量可儲存的最小值為 -2 ⁷ ，最大值為 2 ⁷ -1 ，即 -128 ～ 127 ；整型變量可存儲的最小值為 -2 ³¹ ，最大值為 2 ³¹ -1 。 0 被作為正數(shù)保存，因此正數(shù)最大值的數(shù)值比負(fù)數(shù)最大值的數(shù)值要少 1 。

存儲到寄存器的原理與存儲到內(nèi)存非常相似，在變量聲明表達(dá)式前加入 register 標(biāo)識符可將變量聲明為寄存器變量。如下例所示：

register int a; // 聲明寄存器整型變量 a

上述語句聲明了寄存器整型變量 a ，其長度同樣是 4 字節(jié)，并且有自己的地址。但是由于寄存器的資源非常有限，通常只將需要高頻率訪問的變量聲明為寄存器變量。操作系統(tǒng)和編譯器考慮到程序性能優(yōu)化的問題，并不一定會將用戶聲明的寄存器變量保存在寄存器中，而是轉(zhuǎn)換為普通變量。

一切在代碼中直接出現(xiàn)的數(shù)據(jù)都是常量，例如“ a = 87 ”表達(dá)式中的數(shù)值 87 即常量。常量在內(nèi)存中的存儲位置不被程序設(shè)計(jì)者關(guān)心，程序中也無法直接得到常量的地址，因此常量是不可修改的。由此我們可以用內(nèi)存地址是否能被程序得到來區(qū)別常量與變量，這也是常量與變量的本質(zhì)性區(qū)別。

3.1.2 數(shù)據(jù)類型

認(rèn)識了數(shù)據(jù)存儲形式后，數(shù)據(jù)類型就比較容易理解。本小節(jié)所討論的數(shù)據(jù)類型指的是 C 語言中原始的數(shù)據(jù)類型，實(shí)際上數(shù)據(jù)類型直接的差別在于存儲空間長度。另外，還將涉及是否保存正負(fù)數(shù)符號，以及是否使用浮點(diǎn)方式來保存小數(shù)和指數(shù)。有正負(fù)符號的數(shù)稱為有符號數(shù)，沒有正負(fù)符號的數(shù)稱為無符號數(shù)。有符號數(shù)可以存儲負(fù)數(shù)，無符號數(shù)只能存儲正數(shù)。不使用浮點(diǎn)形式的數(shù)稱之為整數(shù)，使用浮點(diǎn)形式的數(shù)稱之為浮點(diǎn)數(shù)。除此以外還有一種空值類型，它不能保存任何數(shù)據(jù)，存儲空間長度為 0 。

C 語言的所有類型都是從 5 種最原始的類型發(fā)展而來的，見表 3.1 所示。

表 3.1 ANSI C 標(biāo)準(zhǔn)基本類型的字長與范圍表

類型	說明符	長度	值域
字符型	char	1 字節(jié)	-128 ～ 127
整型	int	4 字節(jié)	- 2147483648 ～ 2147483647
單精度浮點(diǎn)型	float	4 字節(jié)	約精確到 6 位數(shù)
雙精度浮點(diǎn)型	double	8 字節(jié)	約精確到 12 位數(shù)
空值型	void	0 字節(jié)	無值

其中字符型和整型有無符號數(shù)和有符號數(shù)的差別，區(qū)別在于說明符前加入了 signed 和 unsigned 修飾符，見表 3.2 所示。

表 3.2 無符號與有符號類型的字長與范圍表

類型	說明符	長度	值域
無符號字符型	unsigned char	1 字節(jié)	0 ～ 255
有符號字符型	signed char	1 字節(jié)	-128 ～ 127
無符號整型	unsigned int	4 字節(jié)	0 ～ 4294967295
有符號整型	signed int	4 字節(jié)	- 2147483648 ～ 2147483647

由于字符型和整型默認(rèn)為有符號數(shù)，所以通常在聲明時可以省略 signed 修飾符。另外，整型數(shù)據(jù)可以使用 short 和 long 修飾符來定義為短整型和長整型，見表 3.3 所示。

表 3.3 短整型和長整型的字長與范圍表

類型	說明符	長度	值域
短整型	short int	2 字節(jié)	-32768 ～ 32767
整型	long int	4 字節(jié)	- 2147483648 ～ 2147483647
長整型	long long int	8 字節(jié)	-9.223372e+18 ～ 9.223372e+18

在使用短整型和長整型時，可省略 int 說明符。因此，聲明短整型可使用 short 修飾符作為說明符，聲明長整型可使用 long long 作為說明符，而 long 和 int 說明符是等價的。 unsigned 、 signed 修飾符與 short 、 long 說明符可以同時使用，如下例所示：

unsigned long long a; // 聲明無符號長整型變量 a

該行代碼聲明了無符號長整型變量 a ，其值域范圍為 0 ～ 2 ⁶⁴ -1 。在不使用科學(xué)計(jì)數(shù)法的條件下，變量 a 可以用來保存 C 語言中最大的正整數(shù) 2 ⁶⁴ -1 。

3.1.3 常量的形式

在 C 語言中，常量出現(xiàn)的形式共有 4 種，分別是直接常量、符號常量、枚舉常量和常量變量。其中，前 3 種是嚴(yán)格意義上的常量，而常量變量是一種特殊的常量。

1 ．直接常量

所有在 C 語言源代碼中直接出現(xiàn)的數(shù)值、字符和字符串都是直接常量。如下列源代碼所示：

float pi = 3.141593; // 聲明單精度浮點(diǎn)型變量 pi 并賦值

char c = 'a'; // 聲明字符型變量 c 并賦值

printf("a cup of coffee"); // 在終端上輸出一行字符串

代碼中定義了 2 個變量，并使用直接常量為其賦值。其中，數(shù)值 3.141593 在類型上屬于浮點(diǎn)型常量，“ a ”屬于字符型常量。最后一行使用 printf() 函數(shù)輸出了字符串“ a cup of coffee ”，此處使用的是字符串常量。

注意：字符型常量必須使用單引號包圍，如 'a' 。字符串常量必須使用雙引號包圍，如 "a cup of coffee" 。如果使用雙引號包圍一個字符，如 "a" ，那么編譯器會認(rèn)為這是一個字符串，并在其后自動加上字符串結(jié)束符。如果用單引號包圍一個字符串，如 'a cup of coffee' ，編譯器將認(rèn)為這是語法錯誤，并拋出錯誤提示信息。

2 ．符號常量

使用“ #define ”定義的常量稱之為符號常量。符號常量定義的形式為：

#define NAME value

其中， NAME 是符號常量的名稱， value 必須是一個直接常量。通常，符號常量聲明在源代碼的最上方，并且用大寫字母作為其名稱。如下例所示：

#include <stdio.h> // 包含基本輸入輸出頭文件

#define PI 3.141593 // 定義符號常量 PI

#define C 'a' // 定義符號常量 C

#define S "a cup of coffee" // 定義符號常量 S

int main() // 主函數(shù)

{

printf("%f/n", PI); // 輸出符號常量所代表的數(shù)值

printf("%c/n", C);

printf("%s/n", S);

return 0; // 主函數(shù)結(jié)束

}

代碼中定義了 3 個符號常量，在主函數(shù)中，這些符號常量所代表的數(shù)值被 printf() 函數(shù)輸出。我們可以簡單的認(rèn)為，符號常量所做的僅僅是在源代碼中進(jìn)行的字符串替換。編譯器編譯時，所以常量 PI 都會被替換為 3.141593 。

使用符號常量有三點(diǎn)好處，其一是易于記憶，例如我們可以為某個常量定義一個較容易理解的名稱，如 PI 。其二是表達(dá)簡潔，在上例的代碼中，僅僅用一個字母 S 就能代理整個字符串“ a cup of coffee ”。其三是數(shù)值容易修改，如果某個直接常量需要多次使用，一旦該常量的值必須被調(diào)整時，往往需要修改多處代碼；而使用符號常量代替了源代碼中所有直接常量后，修改時只用在符號常量定義部分修改。因此我們建議讀者盡量在代碼中使用符號常量。

注意：符號常量定義的行尾不需要使用分號“ ; ”結(jié)束該語句，否則會造成語法錯誤。

3 ．枚舉常量

使用 enum 定義的常量稱之為枚舉常量，它是一種聚合類型。枚舉常量定義的形式為：

enum name {CON1 [= INT], CON2 [= INT], …};

其中， nume 為枚舉類型名稱， CON1 、 CON2 為枚舉成員名稱。枚舉成員的數(shù)值在定義后不可改變，并且能作為常量使用，被稱為枚舉常量。枚舉成員可用整型常量賦值，第 1 個枚舉成員默認(rèn)值為 0 ，其后枚舉成員的默認(rèn)值為前一個枚舉成員值加 1 的結(jié)果。如下例所示：

enum week {MON = 1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN}; // 定義枚舉類型和成員，將 MON 的值設(shè)置為 1

printf("%d", SAT); // 輸出成員 SAT 的值

代碼中定義了枚舉類型 week ，其中有 7 個成員，第 1 個成員 MON 的值設(shè)置為 1 。然后， printf() 函數(shù)輸出了成員 SAT 的值。根據(jù)枚舉類型的默認(rèn)值規(guī)則可知， SAT 的值為 6 。

4 ．常量變量

使用 const 修飾符聲明的變量稱之為常量變量。從本質(zhì)上來說，常量變量依然屬于變量的一種，但是程序運(yùn)行過程中不能修改其值。如下例所示：

const int id = 15; // 聲明常量變量 id 并賦值

代碼中聲明了常量變量 id ，并且為其賦值。聲明語句以后，任何賦值或修改常量變量數(shù)值的語句，都將造成編譯錯誤。

3.1 常量與變量