通过C语言入门计算机科学：变量类型

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变量类型
所有的 C 语言教程，都会介绍这种语言的各种变量类型，譬如 char 用来放字符，int 用来放整数，float 用来放浮点数等等，后面还会说指针也是一种类型。但是在我看来，C 语言的变量，其实只有以下简单的含义： 
每个变量，都代表了计算机的一块内存。 
不管变量是什么类型的，内存里面放的都是数字
表达式里的变量名，表示读出这块内存的内容
通过 = 操作符把数字写入内存
变量的类型，代表了对应的运算规则 
变量类型决定了变量对应的内存的长度
运算符根据类型进行不同规则的数学计算
C 语言里，一切内容都是数字；一切操作都是数学计算
 
char
char 类型，是 C 语言最常用的变量类型。因为一个 char 类型的变量，就是一个字节（Byte）的内存。一个字节由 8 个二进制数组成，可以存放的正整数范围是 0~255。虽然这个类型，从名字上看，应该是用来存一个“字符”的，但实际上只是存的一个数字而已。我们可以写个程序来理解下：
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 'z';
    char b = 'A';
    char c = a - b;
    printf("a: %c-%d, b: %c-%d, c: %c-%d", a,a, b,b, c,c);
}

这个程序编译运行之后，显示的结果是 a: z-122, b: A-65, c: 9-57
 
看这个代码之前，我先介绍一下 printf() 的用法：
printf() 的第一个参数，表示要显示一个什么格式的字符串。其中由变量替换的地方，用 '%' 跟一个字母代表
printf() 的第二个，以及后续的参数，会按顺序，根据第一个参数字符串中的 '%' 定位符，依次把内容显示出去
这里用的 '%c' 表示，把对应的变量，以字符的方式显示。而 '%d' 表示，把对应的变量，以十进制数字的方式显示。
 char a = 'z';
  char b = 'A';

回到代码，我们定义了两个字符类型的变量 a 和 b，里面分别存了小写字符 'z' 和大写字符 'A'。实际上，计算机分别找了两块内存，各自都是 1 个字节的，然后在里面分别写了数字 122 和数字 65。为什么是这两个数字呢？因为 ASCII 编码表，规定了 122 代表 z，而 65 代表 A。
ASCII 全称为 American Standard Code for Information Interchange，就是“美国信息交换标准代码”，最早规定了怎么用数字来表示英文字符的一套编码表
 
然后我们就可以用数学运算来对这两个变量进行运算。char c = a - b; 这行代码，用了减法这个数学运算。从类型“字符”来看，是不是很奇怪呢？两个字符居然可以相减！实际上 C 语言只是把存在变量 a,b 里面的数字相减了而已。减完的结果就是 57，存到变量 c 里面了。而 57 这个数字，在 ASCII 编码表里面，对应的是字符 9，所以按字符打印的时候，就打印出来一个 “9” 了。回顾开头提到的“变量”的含义，是不是表明了，所有存在变量里的，不管是什么类型，其实都是数字呢？而且我们用 = 等号操作符进行了写入，用 - 减号操作符进行了数学计算。
这个例子，粗粗一看，似乎没有什么实际含义，但实际上，不管是图形还是声音，对于计算机来说都是数字，而计算机程序要做的绝大多数操作，就是把这些数字在不同的内存之间搬过来搬过去。譬如显示一个照片，就是把图片文件的数字，读取到内存里，然后再把这些内存里的数字，按照图形压缩的计算方法，进行加加减减的数学运算，解压成可以直接显示的图形数据（也是一堆数字），然后送到显卡的内存上。所以即便是最复杂的程序，都离不开这个例子中的做法：用变量来存放数字，用运算符来计算数字。
int 和字符串
int 这种“用来表示整数”的类型，其变量的长度，一般是 4 个字节。刚刚我们讨论过的 char 是 1 个字节，那么，1 个 int 变量，能不能和 4 个 char 变量等同起来使用呢？完全是可以的！ 我们可以写一个下面的程序来说明：
#include <stdio.h>

int main()
{
    char s[4] = {0, 0, 0, 0};
    int i = 1145258561;
    char *p = (char *)&i;
    s[0] = p[0];
    s[1] = p[1];
    s[2] = p[2];
    s[3] = p[3];
    printf("%c %c %c %c\n", s[0], s[1], s[2], s[3]);
}

这个程序运行后显示：A B C D
 
这里的第一行 char s[4] = {0,0,0,0}; 定义了一个叫 s 的字符数组，意思就是连续 4 个字符类型变量。数组可以用下标，来获得对应位置的变量内容，如 s[1] 表示数组里面顺序第二的变量。（经典笑话：程序员数数从 0 开始数）这里的 s 字符数组，一开始里面四个字符变量放的都是数字 0。
第二行 int i = 1145258561; 定义了一个 int 整数类型的变量，然后写了一个很大的数字进去。为什么是这个数字呢？这个数字不会乱写的。后面会解释。
第三行 char *p = (char *)&i; 定义了一个字符指针 p，然后把 i 的指针，强行转换并赋值给了 p。这里虽然有点绕，但简单的理解，就是把变量 i，强行变成一个字符数组 p 来使用。这里的 &i 表示读取变量 i 的内存地址，这个地址也是一个数字，然后以 char * 字符指针的形式，复制写入变量 p 的内存里去。
后面四行比较简单，就好像两个字符数组变量的复制，把 p 这个数组的元素，依次 1、2、3、4 的写入 s 数组中去。实际上就是把整数变量 i 的内容，按照内存顺序，一个个的放到四个字符变量中去。
最后打印了四个字符变量的内容，正好是 "A B C D"，因为整数 1145258561 放在四个字节长度的内存里面，刚好是：“65 66 67 68”，而这四个字节内存里面的数字，就是 ASCII 编码表里面的 "A B C D" 的对应编码

   
    
  
   
    
  
   
    
  


整数 1145258561 在内存中存放的一个是 32 位二进制数 01000100 01000011 01000010 01000001，我们按照这个二进制数，分别去看四块一个字节的内存，里面就是十进制数 68 67 66 65，如果写成 16 进制，则是 44 43 42 41
 
对于 C 语言来说，内存中的数字到底是什么含义，完全可以让程序员去决定。一个 int 变量完全可以被当作 4 个 char 变量进行操作，反过来也是可以的。我们需要关注的是：哪种类型的变量，以及这种变量的运算符，能最快的满足我们自己的需求。在实际开发中，经常会用 char 数组，来代表对“任何数据”的内存进行处理。因为 char 的长度是 1 个字节，非常便于我们对于内存中的数据进行自己的处理和拷贝。
float 的计算
对于整数 int 和字符 char 来说，一般的运算符如加减乘除，计算规则其实都一样的。char 你可以认为是一个字节的整数。但是浮点数 float 类型的数字，在内存中的存放是比较复杂的。如果你使用加法 + 加上 1 进行运算，并不是和整数一样处理：最低位反转一下。我们可以写一段程序来窥探一下，float 类型变量的数学运算，反应在内存上到底是什么一个样子。
#include <stdio.h>

int main()
{
    float f = 3.1415926535;
    char *p = (char *)&f;
    printf("before: %u %u %u %u\n", p[3], p[2], p[1], p[0]);

    f = f + 1;
    printf("after: %u %u %u %u\n", p[3], p[2], p[1], p[0]);
}

输出内容为：
 before: 64 73 15 4294967259
 after: 64 4294967172 4294967175 4294967278
 
上面的程序，先建立了一个 float 浮点数变量 f，初始化给的内容是圆周率（一部分），是个小数。然后让这个数字加上了整数 1。代码通过 char 数组的方式，把前后两次 f 变量内存里面的内容打印了出来。
我们根据 +1 前后的内存情况看，根本看不出有任何规律。为啥这个变量只是相差了整数 1，内存里面就差别那么大呢？原因就是浮点数，在内存中的表示，是根据一种特殊的规则来存放的，这套规则的名字叫 IEEE-754。这套规则比整数存放在内存里的规则可复杂多了。所以即便只是相差了整数 1，在内存里面的记录的信息可以相差非常远。有兴趣的读者可以专门去网上搜索“浮点数 存储”一类的文章了解。
同样是数学的加法，C 语言在实现整数加法，和浮点数加法上，其处理方法都是很不一样的。我们也不能简单的认为：C 语言就是提供了一种“像数学符号”的工具来操作内存。起码对于 float 类型变量来说，C 语言还是帮程序员们做了一些很复杂的事情。
小结
我们没有讨论另外一个重要部分，就是“布尔运算”，或者叫“逻辑运算”。在 C 语言中，数字 0 代表了 false，所有其他数字都代表了 true。if 关键字基本上就是一个“判断是否 0”的选择器，这部分比较接近日常的“是、否”逻辑，所以没有专门提及。
 
C 语言提供了一套和数学很像的操作符，给程序员们去操作计算机的内存，譬如 = 等号表示写入内存，+-*/ 等数学运算符，会根据变量类型进行运算。变量就代表了内存，变量类型就是内存的长度，内存里面存的就是数字。C 语言允许程序员以任何自己喜欢的方法，去读写这些数字。这一套处理数字的办法，不但是 C 语言，很多后来发明的计算机语言，基本都沿用了 C 语言对于整数、浮点数的处理方法。这套操作内存和数字运算的方法，基本上已经可以完成一切计算机要处理的任务了。除此之外，C 语言已经没有更多其他的“功能”或者内容了——真的是非常的简洁！
有了这一篇的基本认识，下一篇可以真正的开始讲 C 语言最有特色的内容：指针