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标题: 学嵌入式C语言，看这一篇就够了(3) [打印本页]

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作者: 惊雷无声    时间: 2025-2-20 14:25
标题: 学嵌入式C语言，看这一篇就够了(3)

C语言的基本元素

我们通过写一篇文章的方式来类比写一段程序，从而熟悉一下C语言有哪些基本元素：
一篇文章 --> 若干段落 --> 几条语句 --> 几组词（单词 + 语句）--> 若干个字
一段程序 --> 若干函数 --> 几组语句 --> 表达式 --> 标识符 --> 字符
自然语言字词句段章单词短语C语言字符标识符表达式语句函数写一个程序相当写一篇文章，而一篇文章（程序）是由多个段落（函数）构成的，一个段落（函数）是由多个句子（语句）构成的，一个句子（语句）是由多个短语（表达式）构成的，一个短语（表达式）是由多个单词（标识符）构成的，一个单词（标识符）是由多个文字（字符）组成的

• 常用汉字有3500左右，常用英语单词有6000左右，那么想要掌握C语言必要学习多少个关键字（keywords）？
  
  
  
  • C语言关键字有32个，都是小写的，英文单词的缩写。
    
  • int -- integer 整数；  char -- character 字符；   if 如果；  continue 继承......
    
  
  

计算机储存器结构

数据的概念

利用计算机的目的就是为了高效的处理大量数据，但是数据的类型有很多，比如声音、图像、文字、数字等，计算机不用区分数据，计算机只采用二进制存储。

• 计算机把还未处理的数据以及处理好的数据保存到哪里呢？？
  
  
  
  • 这些数据都是存储在存储器，用户通过输入设备（键盘）录入的数据都是先存储在内存中，然后控制器会把这些数据通报给运算器，运算器处理完成后通报给控制器，控制器吧数据通报给输出设备（显示器）
    
  
  

内存的概念

对于计算机中的存储器而言，一般分为两种：RAM（随机存储器）和 ROM（只读存储器）
博客：ROM和RAM的区别

• 只读存储器
  只读存储器的英文全称是Read Only Memory，简称为ROM，属于非易失性存储设备，指的是掉电不丢失数据，可以把数据长时间存储，一般分为很多种，具体的区别可以通过《数电》进行了解，对于计算机的机器硬盘大概固态硬盘而言指的就是ROM
  
• 随机存储器
  随机存储器的英文全称是Random Access Memory，简称为RAM，属于易失性存储设备，指的是掉电会丢失数据，但是读写速率很快。所以一般CPU都是直接和RAM打交道
  

对于计算机的内存条而言，其实指的就是RAM，RAM的内存空间越大，CPU处理数据越多

• 数据输入到计算机之后，计算机的CPU是如何知道数据存放在内存的位置？
  
  
  
  

内存的单元

内存中一个MOS管可以存储一个二进制数0或1，为了方便影象，标准规定把一个二进制数用bit来进行表现，bit（比特）是binary digit的缩写，中文翻译为位。专业术语一般把一个二进制数称为一位二进制数。所以bit就用来表现计算机数据的最小单元

博客:内存是怎么制作的？

• 注意：计算机处理数据的基本单元是byte，计算机处理数据的最小单元是bit，1byte = 8bit
  
  
  
  

C语言的常量变量

内存是一块连续的空间，而且内存中的每个存储单元(8bit)都有对应的编号，而且编号是固定的，对于存储单元的编号，一般称为存储单元的地址，用户可以直接通过存储单元的地址来对存储单元进行读写访问，但是一般情况下用户是不会直接通过地址来访问，由于访问效率太低。
常量和变量

C语言标准规定：用户有权利从内存中申请一块存储单元，而且用户可以对存储单元进行命名，要求用户提前阐明申请的存储单元（单元以字节来计算）的巨细，这样内核才会从内存中探求一块合适的空间，并把这块空间的地址反馈给用户

用户可以对内核提供的存储单元进行命名，然后内核会把用户的命名和存储单元的地址创建一个映射关系，这样用户就可以通过存储单元的名称来访问存储单元

• 既然用户可以对申请的存储单元进行命名，那请问用户是可以随意命名还是遵照规则?
  
  
  
  • C语言标准中规定根据数据在程序运行期间的值是否发生变化，可以存储单元分为两种：常量 or 变量
    
  
  

• 常量
  常量指的是在程序运行期间值不会发生改变的量，一般利用的数字，比如3.14用来表现圆周率，一般情况下，用户都是用通过宏界说的方式来实现常量的计划，宏界说其实就是简单的文本更换，在预处理阶段预处理器会把程序中的宏界说进行展开。C语言中规定宏界说利用预处理指令 #define 来进行计划
  
• 变量
  变量指的是在程序运行期间值可能发生变化的量，用户可以根据实际必要来向kernel（内核）申请一块存储单元，并对这块存储单元进行命名，然后用户可以随时修改存储单元中的数据。申请的存储单元的巨细可以通过C语言中的数据类型进行指定
  

命名规则

变量和常量也被称为标识符，对于标识符的命名必须遵照规则：标识符是由字母、数字、下划线以及美元符号$组成，而且标识符的第一个字符只能是字母大概下划线。

123m(错误)  m123     _m123     _123     _12m    M12a_    m12a_   INT    Main

• 注意：为了防止二义性出现，C语言标准规定不可以把体系保留字，以及程序中已经存在的函数名称、以及用户已经界说出来的标识符名称作为新的标识符名称（同一个作用域内不能）。
  
• C语言的标识符是区分巨细写，而且作为用户而言，标识符的命名应该是有意义的!!!
  

驼峰命名法：secondsperyear；second_per_year；_myData
C语言的数据类型

• 既然用户申请存储单元的时候要阐明存储单元的巨细，请问如何让计算机知道巨细?
  
  
  
  • C语言中提供了一些关键字，专门用于表现数据的类型，其实就是用于表现要申请的内存空间的巨细
    
    
    
    
    
    
    
  
  
• 已知计算机只熟悉二进制，也就是数据都是以二进制形式存储到内存中，请问为什么还必要这些关键字来表现数据的类型？
  
  
  
  • 程序是给人看的，这些关键字是用于提高程序可读性的，另外这些关键字也是阐明数据的宽度的（占几个字节）
    
  
  

• 字符型
  C语言标准中提供了一个关键字char，其实是character单词的缩写，表现字符的意思，操作体系char类型的数据宽度界说为1字节，用于存储字符，C语言标准中用单撇号' '表现字符
  
  
  
  
  
  
  • C语言标准规定：用户打算存储必要按照规则字符   数据宽度  变量名称 ;  举例： char  ch  =  ‘c’
    
  C语言标准中关于字符的种类有两种：普通字符 and 转义字符，对于ASCII码表中转义字符
  
  
  
  注意：ASCII码中的转义字符必要利用 ‘\0’  ‘\r’  ‘\n’进行表现，代表字符具有特别的意义。
  1. 已知计算机是以二进制存储数据，意味着写入到存储器中的字符都会被编译器转换为而二进制指令，那请问用户能否直接以二进制指令的形式把字符输入到存储器中，编译时是否会报错？？
  3. 回答：会报错，因为C语言不支持二进制输入，但是C语言支持八进制、十进制、十六进制。

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• 整数型
  C语言标准中利用关键字int表现整数，关键字int的英文单词是integer，对应的中文具有整数的寄义，在32体系下关键字int的数据宽度是4字节，也就意味着存储单元所能存储的整数范围比力广泛
  
  
  
  
  
  
  C语言标准规定了用户可以采用不同的进制来表现数据，常用的进制有八进制、十进制以及十六进制，而且为了区分这三种进制，所以规定每种进制都有对应的前导符（前缀），规定八进制的前缀以0表现，比如064，规定十六进制的前缀以0x/0X表现，比如0x64。
  1. 具体的转换规则可以看《数字电路》

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• 短整型
  C语言标准中规定利用关键字short来表现短整型，一般短整型的全称是short int，只不外写程序的时候可以只写short即可，在32位体系下short短整型占2字节
  
  
  
  
• 长整型
  C语言标准中规定利用关键字long来表现长整型，一般长整型的全称是long int，只不外写程序的时候可以只写long即可，在32位体系下long长整型占4字节，在64位体系占8字节
  
  
  
  
• 长长整型
  C语言标准中规定利用关键字long来表现长整型，但是长长整型是利用long long来表现，在32位和64位体系下长长整型占8字节
  
  
  
  
  
  
  • C语言中提供了char、int、short、long、long long来表现整型，但是整型数是分正负的，编译器如何来区分整数的正负呢？
    
    
    
    • C语言标准中提供了两个关键字 signed  &&  unsigned用于修饰整数，unsigned表现无符号，signed表现有符号，C语言中的signed修饰符是隐式声明，也就是用户界说整型变量的时候如果没有特别夸大，则整型变量默认是有符号的
      
    • 用户如果要存储无符号的整数，则必须界说变量必须显式声明变量是无符号的（unsigned）
      
      
      
      
    
    
  • 计算机可以区分整数的正负，但是程序最终都会被转换为二进制指令，但是二进制是不分正负的，请问编译器是如何转换数据的???
    
    
    
    • 二进制可以分正负，在二进制数的前面添加1bit，作为符号位，而且bit=0，用于表现二进制数为正数，bit=1，用于表现二进制数为负数
      
      
      
      
      
      
      
    
    
  • 计算机内部是以二进制的补码方式来存储数据的，所以必要把二进制数的原码转换为补码形式
    
    
    
    
  • 正数的原码和补码是相同的，所以负数才必要把原码转换为补码，再进行存储！
    
    
    
    
  反码：二进制数除了符号位（二进制数中的最高位），把数据位取反即可（0变1,1变0）
  -1  --- 1 000 0001 原码 -- 计算反码 -- 1 111 1110 反码
  补码：二进制数的反码 + 1
  -1 -- 1 000 0001 原码 --计算反码 -- 1 111 1110 反码--计算补码 -- 1111 1110 +1 -- 1111 1111
  
  
  
  
  
  
  • 练习：用户打算界说一个字符型变量，命名叫做data，准备把一个正整数存储到变量data中，并计划了一段程序，请问这段程序输出的效果是多少？
    
    
    
    • char data;    data = 128;    printf(“%d\n”,data);  --> 请问输出的效果是多少??  答案：-127
      
    
    
  128--0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000原码--正数的原码和补码是相同的 1000 0000
  1000 0000补码 -- 属于数据类型中非常特别的存在，可以计算是 -0，但是0不分正负，所以 把-0的位置用-128进行更换。
  
  
  
  • 注意：计划程序时，界说的变量如果是有符号的，则尽量制止写入超过变量范围的数值!!!!!!
    
  字符型： char  1字节 -- 有符号 -- 数值范围 -128 ~ 127  --  无符号 -- 数值范围 0 ~ 255
  短整型：short  2字节 -- 有符号 -- 数值范围 -32768 ~ 32767 无符号 --数值范围 0 ~ 65535
  
  
• 浮点型
  数据有整数和小数之分，一般情况下处理的数据也是具有小数的，所以C语言标准中规定利用关键字float来表现单精度浮点数，单精度浮点型占4字节，另外C语言标准中也提供了另一个关键字double用来表现双精度浮点数，double占8字节，其实C语言也提供了一种类型long double，该类型占16字节
  C语言中一般表现浮点数有两种方案：十进制形式 or 指数形式，两者的具体区分如下所示
  
  
  
  • 十进制形式
    十进制形式是采用整数+小数的组合表现浮点数，比如3.14 、5.0 ，基本上也是最常用的方案
    
  • 指数形式
    指数形式指的是采用以10为底的形式表现浮点数，比如 3.14 * 102 ,但是在编写程序的时候采用英文半角输入法进行计划，这种输入法是不支持输入上标大概下标，所以C语言规定采用字符e大概E来表现以10为底的指数，比如3.14E2
    
  
  
  
  
  • 注意：C语言标准中规定字符e/E的后面必须是整数，另外字符e/E的前面必须有数字!!!!!!
    
  • 思考：用户界说了一个单精度浮点型变量，并把变量命名为a，此时用户不小心把一个整数5存储到了该变量中，请问变量中存储的数是什么？ float a;  回答：%f  5.000000
    
  • 整型数据在计算机中存储的时候是以二进制补码形式进行存储，请问一个浮点型数据在计算机中是如何存储的？
    
    
    
    
  
  
• 字符串
  字符串是表现某种寄义的一个字符序列，字符串在内存是必要一块连续的内存空间进行存储，C语言中规定字符串利用双引号””表现，而且规定字符串的结束标志是’\0’，但’\0’不必要用户手动添加，体系会自动在一个字符串的末尾添加’\0’
  
  
  
  • 思考：既然在内存中字符串必要一块连续的空间来存储，内核肯定会返回字符串的开始地址，请问内核如何判定字符串何时结束？
    
    
    
    • 回答：遇到’\0’自动结束
      
    
    
  
  
  
  
• 布尔型
  用户有时候必要在程序进行判定，在C89标准中，用户如果想要判定某种条件是否建立，一般是界说一个整型变量，然后利用数字0和数字1来表现条件是否建立，用户就可以把变量作为一个标志位利用。
  在C99标准可以利用布尔型来表现真假两种情况，头文件stdbool.h有相关形貌，在头文件中界说了三个宏，分别是bool、true以及false
  
  
  
  
  
  
  思考：已经知道基本数据类型的宽度是取决于体系环境以及编译器，假设用户此时并不清楚当前利用的机器的位数(32bit/64bit)和编译器类型，那应该如何知道基本数据类型的宽度?
  回答：
  在 C 语言里，若想更简单快捷地知晓基本数据类型的宽度，其实主要还是依赖 sizeof 运算符
  编写宏界说简化代码
  利用宏界说能够制止重复编写 printf 语句，让代码更简洁，示例如下：
  1. #include <stdio.h>
  3. // 定义一个宏，用于输出指定类型的大小
  4. #define PRINT_TYPE_SIZE(type) printf("Size of " #type ": %zu bytes\n", sizeof(type))
  6. int main() {
  7.         // 调用宏输出各种基本类型的大小
  8.         PRINT_TYPE_SIZE(char);
  9.         PRINT_TYPE_SIZE(short);
  10.         PRINT_TYPE_SIZE(int);
  11.         PRINT_TYPE_SIZE(long);
  12.         PRINT_TYPE_SIZE(long long);
  13.         PRINT_TYPE_SIZE(float);
  14.         PRINT_TYPE_SIZE(double);
  15.         PRINT_TYPE_SIZE(long double);
  17.         return 0;
  18. }

  复制代码
  1. 代码解释：
  2. - PRINT_TYPE_SIZE 宏借助 # 运算符把类型名转换为字符串，再使用 sizeof 运算符获取该类型的大小，最后用 printf 输出结果。
  3. - 在 main 函数里，只需调用这个宏并传入不同的基本数据类型，就能快速输出各类型的宽度。

  复制代码

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