C语言是一门面向过程的编译型语言,它的运行速度极快,仅次于汇编语言。C语言是计算机产业的核心语言,操作系统、硬件驱动、关键组件、数据库等都离不开C语言;不学习C语言,就不能了解计算机底层。
编程语言的发展大概经历了以下几个阶段:
汇编语言 --> 面向过程编程 --> 面向对象编程
- 汇编语言是编程语言的拓荒年代,它非常底层,直接和计算机硬件打交道,开发效率低,学习成本高;
- C语言是面向过程的编程语言,已经脱离了计算机硬件,可以设计中等规模的程序了;
- Java、C++、Python、C#、PHP 等是面向对象的编程语言,它们在面向过程的基础上又增加了很多概念。
一名合格的程序员必须了解内存,学习C语言是了解内存布局的最简单、最直接、最有效的途径,C语言简直是为内存而生的,它比任何一门编程语言都贴近内存。
C语言中的 32 个关键字:
在C语言里,整数有三种表示形式:十进制,八进制,十六进制。 其中以数字0开头,由0~7组成的数是八进制。以0X或0x开头,由0~9,A~F或a~f 组成是十六进制。除表示正负的符号外,以1~9开头,由0~9组成是十进制。
1.什么是进制
进制是一种计数的方式,常用的有二进制、八进制、十进制、十六进制。任何数据在计算机内存中都是以二进制的形式存放的。
我对进制的个人理解,二进制数是以2为计算单元,满2进1位的数;八进制数是以8为计算单元,满8进1位的数。
对于任何一个数字,我们都可以用不同的进制来表示,比如,十进制数12,用二进制表示为1100,用八进制表示为14,用十六进制表示为0xC。
2.进制的转换规则
遵循满进制值进1位,个位数变为0的原理,下面我们以十进制数18为例,对1-18中每一个数值转换各种进制做一个详细说明
转二进制:
1小于2,无需进1位,1的二进制值是1
2为二进制值1后面一个数,由于1+1满2,需要进1位,个位数变为0,所以2的二进制值是10
3为二进制值10后面一个数,由于11的个位数1小于2,无需进1位,所以3的二进制值是11
4为二进制值11后面一个数,由于11的个位数1+1满2,需要进1位,而二进制值11的位数1+1又满2,所以位数加1,最终转换结果为100
转换思路:二进制值11+1 ->10+(1+1)(个位等于2,进1位,个位数变为0) ->(1+1)+0(位数满2,进1位) -> 100
以此类推,最终十进制数18的二进制转换结果是10010
转八进制:
1-7小于8,无需进1位,1-7的八进制由1-7表示
8为八进制值7后面一个数,由于7+1满8,需要进1位,个位数变为0,所以8的八进制值是10
以此类推,最终十进制数18的八进制转换结果是22。
转十六进制
十六进制中,个位数1-15分别为1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f (a=10....f=15)。16为十六进制值c后面1个数,由于c+1满16,需要进1位,个位数变为0,所以16的十六进制是10。最终十进制数18的十六进制转换结果是12。
详细结果如下图所示(C语言把数字前面加0x的数认为是十六进制数)
3.C语言中int类型进制的声明以及占位符
虽然以下3个变量的赋值方式不同,但实际赋值结果都是18。
复制代码 代码如下:
//二进制类型数字加0b int number1 = 0b10010; //八进制类型数字加0 int number2 = 022; //十六进制类型数字加0x int number3 = 0x12;
八进制占位符:%o
十六进制占位符:%x
4.内存存储数据细节
我们知道,int类型数据占据4个字节,1个字节是8bit。并且任何数据在计算机内存中都是以二进制的形式存放的,所以内存需要用32个0或1来描述1个int类型数据。
由于18的二进制数是10010,我们将一个int类型变量赋值18,本质上是将这个变量的内存地址对应的32个bit位修改为:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010(未满31位,后面的数字用0填充:为什么是31而不是32呢,后面会介绍)。
假设我们定义两个变量
计算机会根据内存地址以由大到小的顺序进行分配内存空间,具体如下图所示:
5.进制的转换公式
二进制转十进制
0b1100 ->0*2的0次方 + 0*2的1次方 + 1*2的2次方 + 1*2的3次方 = 12
十进制转二进制
67 ->64+2+1 ->2的6次方+ 2的1次方 + 2的0次方 = 0b1000011
6.进制的其他知识
1.n位二进制能保存的整数范围公式:2的n次方-1
例如,3位的二进制数最大值为111,对应的十进制数字为7;5位的二进制数最大值为11111,对应的十进制数字为(2*2*2*2*2)-1 = 31。
2.负数的二进制保存规则是最左边的数字是1。例如,0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010 表示正整数,1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1101表示负数
由此,我们就能推测出,int类型能保存的最大整数是2的(32-1)次方-1 =2147483647。为什么要用32-1,很简单,32个bit中,必须抽1个bit位用来描述这个数字是正数还是负数。
二进制数、八进制数和十六进制数的表示:
一个数字默认就是十进制的,表示一个十进制数字不需要任何特殊的格式。但是,表示一个二进制、八进制或者十六进制数字就不一样了,为了和十进制数字区分开来,必须采用某种特殊的写法,具体来说,就是在数字前面加上特定的字符,也就是加前缀。
1) 二进制
二进制由 0 和 1 两个数字组成,使用时必须以0b或0B(不区分大小写)开头,例如:
//合法的二进制
int a = 0b101; //换算成十进制为 5
int b = -0b110010; //换算成十进制为 -50
int c = 0B100001; //换算成十进制为 33
//非法的二进制
int m = 101010; //无前缀 0B,相当于十进制
int n = 0B410; //4不是有效的二进制数字
读者请注意,标准的C语言并不支持上面的二进制写法,只是有些编译器自己进行了扩展,才支持二进制数字。换句话说,并不是所有的编译器都支持二进制数字,只有一部分编译器支持,并且跟编译器的版本有关系。
下面是实际测试的结果:
Visual C++ 6.0 不支持。
Visual Studio 2015 支持,但是 Visual Studio 2010 不支持;可以认为,高版本的 Visual Studio 支持二进制数字,低版本的 Visual Studio 不支持。
GCC 4.8.2 支持,但是 GCC 3.4.5 不支持;可以认为,高版本的 GCC 支持二进制数字,低版本的 GCC 不支持。
LLVM/Clang 支持(内嵌于 Mac OS 下的 Xcode 中)。
2) 八进制
八进制由 0~7 八个数字组成,使用时必须以0开头(注意是数字 0,不是字母 o),例如:
//合法的八进制数
int a = 015; //换算成十进制为 13
int b = -0101; //换算成十进制为 -65
int c = 0177777; //换算成十进制为 65535
//非法的八进制
int m = 256; //无前缀 0,相当于十进制
int n = 03A2; //A不是有效的八进制数字
3) 十六进制
十六进制由数字 0~9、字母 A~F 或 a~f(不区分大小写)组成,使用时必须以0x或0X(不区分大小写)开头,例如:
//合法的十六进制
int a = 0X2A; //换算成十进制为 42
int b = -0XA0; //换算成十进制为 -160
int c = 0xffff; //换算成十进制为 65535
//非法的十六进制
int m = 5A; //没有前缀 0X,是一个无效数字
int n = 0X3H; //H不是有效的十六进制数字
4) 十进制
十进制由 0~9 十个数字组成,没有任何前缀,和我们平时的书写格式一样,不再赘述。
二进制数、八进制数和十六进制数的输出
C语言中常用的整数有 short、int 和 long 三种类型,通过 printf 函数,可以将它们以八进制、十进制和十六进制的形式输出。上节我们讲解了如何以十进制的形式输出,这节我们重点讲解如何以八进制和十六进制的形式输出,下表列出了不同类型的整数、以不同进制的形式输出时对应的格式控制符:
short int long
八进制 %ho %o %lo
十进制 %hd %d %ld
十六进制 %hx 或者 %hX %x 或者 %X %lx 或者 %lX
十六进制数字的表示用到了英文字母,有大小写之分,要在格式控制符中体现出来:
%hx、%x 和 %lx 中的x小写,表明以小写字母的形式输出十六进制数;
%hX、%X 和 %lX 中的X大写,表明以大写字母的形式输出十六进制数。
八进制数字和十进制数字不区分大小写,所以格式控制符都用小写形式。如果你比较叛逆,想使用大写形式,那么行为是未定义的,请你慎重:
有些编译器支持大写形式,只不过行为和小写形式一样;有些编译器不支持大写形式,可能会报错,也可能会导致奇怪的输出。
注意,虽然部分编译器支持二进制数字的表示,但是却不能使用 printf 函数输出二进制,这一点比较遗憾。当然,通过转换函数可以将其它进制数字转换成二进制数字,并以字符串的形式存储,然后在 printf 函数中使用%s输出即可。考虑到读者的基础还不够,这里就先不讲这种方法了。
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