【C language part 2】变数&资料型态、输入输出、运算子&运算式

撰写第一支程序!!

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void main() {
	
    /* some comments */

	printf("Hello World!");
	
	system("PAUSE");
	return 0;
}

我们一步一步拆开来看看

First Block

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

这是在 C program 编译之前要处理的内容，我们称为预处理命令（preprocessing command）。预处理命令还有很多，它们也都以 # 开头，并且不用分号结尾。
而 stdio 是 standard input output 的缩写，也就是有关输入输出的标头档（head file）
stdlib 也就是 standard library，包含了 C 与 C++ 里最常用的一些函数。

Second Block

void main()

main function，从这里开始执行 C program。

Third Block

/* some comments */

注解，C program 不会编译执行里面的任何内容。单行注解的话使用双斜线 //

Fourth Block

printf("Hello World!");

printf 指令可以输出内容显示在萤幕上。

Fifth Block

system(“PAUSE”);
return 0;

程序暂停，按任意键继续。

Steps to Write C Programs and Get the Output

• 以下四个步骤任何 C program 都要遵循的步骤，对所有专案都通用。
• 无论是只有数行的小程序或是包含好几个档案的大专案无一例外。

1. Create
2. Compile
3. Execute or Run
4. Get the Output

资料型态 Data Type

• 资料型态（data type）是在执行程序时用来定义变数（variable）的。
• 变数、常数（constant）和阵列（array）在记忆体所占的空间大小是由资料型态所决定的。
• C 的基本资料型态主要区分为：

列举 (enum 或 enumeration) 是另一种复合型别，主要是用在宣告仅有少数值的型别，像是一星期内的日期 (day of week) 或是一年内的月份等。

Basic data types – Integer

• 整数资料型态（integer data type）允许变数来储存数值（numeric values）。
• 关键字 int 是用来宣告整数资料型态。
• 记忆体所占的储存空间可以是 2、4 或 8 byte。配置的记忆体长度在不同编译器上各不相同，可容纳的大小各不相同。

Basic data types – Floating Point

• 浮点数（floating point）是用来将实数数位化表示的一种表示法，简单来讲就是可以用来宣告含小数点的数字。我们现在使用的是由 IEEE 制定的浮点数表示标准。
• 资料型态分为两种：
  1. float
  2. double
• 而两者的差异在於「精确度」。
  

Basic data types – Character

• 字元（character）资料型态只允许变数储存一个字元。
• 所占用的记忆体空间为 1 byte。
• 用来储存英文字母及 ASCII 码。（字元可以跟整数型态互相转换，也就是 ASCII 码）
• 关键字 %c 用来宣告字元资料型态。

ASCII Code

变数 Variable

Variable is a named location in a memory where a program can manipulate the data. This location is used to hold the value of the variable.

• 在程序设计的过程中，我们会需要纪录某些资料，我们需要把这些资料纪录在记忆体的某个位址中，并且给它一个名称，这就是所谓的变数。
• 变数的值（value）可以在程序中发生变化。
• 变数可被宣告成任何 data type。

Rules for naming C variable

• 变数名称必须是由英文字母或是底线（）开头。
• 英文字母大小写有差。
• 可以由数字或字母组成。
• 除了底线以外，不得使用任何特殊符号
• 不能跟 C语言的保留字（reserved word）相同。
• 举例合格的变数名称：
  1. sum
  2. height
  3. value

保留字 Reserved word

变数宣告与初始化 Declaring and initializing C variables

• 在 C 语言里变数需要在使用前进行宣告。
• 而变数初始化（variable initialization）是指设定变数的值（value）。

变数宣告需要在变数「初次」使用前完成，不可在其被使用後才进行宣告。
至於宣告的位置并没有特别规定，可以在任何地方进行宣告。
不过还是习惯於最一开始的时候先进行宣告。

常数 Constant

• C 常数观念跟变数一样，唯一的差别是：一旦定义其值，程序将无法对其进行修改。简单来说，常数就是一个「唯读」的变数。
• 代数（algebra）里所谓的常数与程序语言里的常数概念上有些不同：
  • 代数中的常数，例如：在 $?(?)=?^3+?$ 中的 $?$ 表示在自变数与因变数改变时维持固定的数字，它的值不是问题观察的重点，但可以是某些合理的数字中的一个。
  • 程序语言中的常数在观念上和程序中的变数是一致的，也就是说，常数是一个 CPU 纪录数值资料的地方，只是 CPU 在整个程序执行过程中，只会去读取该资料，而不会修改它。
• 经宣告并给定初始值後，就不再（且不允许）变更其数值的资料。

C 语言的变数四要件

• C 语言变数包含四个要件：
  1. 资料型态 Data type
  2. 识别字 Identifier
     • 电脑程序中，编译器或是直译器会透过识别字来了解程序码的意义，有些识别字是内建的，像是保留字、内建变数、内建函式、标准函式库的韩式等等。有些识别字则是程序设计者宣告後创造出来的，像是变数。
  3. 值 value
  4. 可视度 Scope
     • Scope 较白话的讲法应该可以解释为「变数范围」，涉及许多层次，由小到大可以分为：区块可见（block scope）、函式可见（function scope）、区域可见（local scope）、全域可见（global scope）。详细内容之後还会再提到。

printf & scanf

• 输入输出函式（printf, scanf）是 C语言非常重要的函式，也是 C语言必学的两个函式。在 C语言的程序中，几乎每一个程序都会使用到这两个函式，尤其是输出函式。
• 如果程序中需要使用 printf 或者是 scanf，那麽在撰写时就需要引用标头档（head file）stdio.h。stdio 为 standard input output 的缩写，而这两个函式就包含在这个标头档里。
• 学习 C 的过程中，通常是从主控台（也就是文字模式）开始，为了与程序互动，在主控台下输出程序结果，或是从主控台取得使用者的输入资料是基本需求。其中 printf 的功能很强大，用法灵活，比较难掌握；而 scanf 用法相对比较固定。

printf

• printf，print format 的缩写。

Syntax:

# include <stdio.h>
int printf (const char *format, ...);

标准语法如上。
以下举几个例子来示范 printf 的使用方法。

printf("字符串\n");

# include <stdio.h>
int main(void)
{
    printf("Hello World!\n");
    return 0;
}

• 其中 \n 表示换行的意思，是一个跳脱字元。
• n 为 new line 的缩写。
• 除此之外要注意的是，printf 里必须使用双引号（"），双引号内的字幅串可以是英文，也可以是中文。

printf("输出控制符"，输出参数);

# include <stdio.h>
int main(void)
{
    int i = 10;
    printf("%d\n", i);  
    return 0;
}

• 这个程序的意思就是让变数 i 以十进制的方式输出。
• 不过 i 本身就是十进制，又为甚麽还要将 i 以十进制输出？因为程序码中，虽然写的是 i=10，但是在记忆体中并不是将「10」这个十进制的值存进去，而是以二进制的方式存进去。所以我们在输出的时候就必须要有「输出控制符」（或称格式指定字，format specifier）来告诉系统应该怎麽解读这个二进制的数值。

跳脱字元 Escape Character

格式指定字 Format Specifier

scanf

• scanf，scan format 的缩写。
• scanf 与 printf 的用法几乎完全一样。但是需要注意以下两点：
  1. scanf 里面绝对不要包含 \n
  2. scanf 後面不是直接放变数，前面需要再加上 & ，不过字元或阵列不需要加上& （至於为甚麽，等之後上到指标的时候会再解释）。

以下也示范几个例子说明 scanf 的使用方法。

#include <stdio.h> 
int main() { 
	int a = 0, b = 0, c = 0, d = 0; 
	scanf("%d", &a); 
	scanf("%d", &b);
	printf("a+b = %d\n", a+b); 

	scanf("%d %d", &c, &d); 
	printf("c*d = %d", c*d); 
	
	return 0; 
}

从键盘上输入 12，按下 Enter 键之後，scanf() 就会读取输入数据并给定给变数 a，本次输入结束。接着执行下一个 scanf()，再从键盘输入 60，按下 Enter 键就会将 60 给定给变数 b。
後面的 scanf() 有两个用空格分开的 %d，後面跟着两个变数 c、d，这个代表我们要一次输入两个整数，并且会分别给定给 c 和 d。注意，%d %d 之间是有空格的，所以我们在输入数据时也要有空格。对於 scanf()，输入数据的格式要和控制字符串的格式一样。

scanf(“%d %d”, &a, &b); // 获取使用者输入的两个整数，分别给定变数a和b
printf(“%d %d”, a, b); // 将变数a和b的值在萤幕上输出

scanf 和 printf 非常相似，只是功能相反。

两者都有格式控制字符串，都有变数，不同的是 scanf 的变数前需要加一个 & 符号。
而 &称为取址符号，也就是可以获得变数在记忆体的位址。（详细内容会在指标单元详细介绍）

#include <stdio.h>
int main() {
	int a, b, c; 
	scanf("%d %d", &a, &b); 
	printf("a+b=%d\n", a+b); 

	scanf("%d %d", &a, &b); 
	printf("a+b=%d\n", a+b); 

	scanf("%d, %d, %d", &a, &b, &c); 
	printf("a+b+c=%d\n", a+b+c);

	scanf("%d is bigger than %d", &a, &b); 
	printf("a-b=%d\n", a-b); 

	return 0; 
}

1. 第一个scanf()格式控制符为”%d %d”，中间只有一个空格，但是输入时，多输入一个空格。
2. 第二个scanf()格式控制符为”%d %d”，中间有两个空格，输入却只输入一个。不过就算如此，print 出来的格式是正确的。这代表scanf()对输入数据之间的空格处理比较宽松，并没有严格要求空格的对应数量，只要有空格就可以了。
3. 第三个scanf()的控制符”%d, %d, %d”，中间用逗号分隔，所以输入的整数也要用逗号分隔。
4. 第四个scanf()要求两整数之间以is bigger than分隔。

使用者每次按下 Enter 键，程序就会认为完成了一次输入操作，scanf() 开始读取使用者的输入内容，并且根据格式控制符中提取有效的数据，只要使用者输入的内容和格式控制符匹配，就能够正确提取。

scanf 连续输入

我们将前两个程序码改写看看！

• 一开始我们每输入一个数值，就按一次 Enter 键，而这次我们一次输入四个数值（中间以空格分隔）再按下 Enter，可以发现 scanf 都能正确读取。
• 到这边，我们可以合理推断第一个 scanf() 读取完後并没有抛弃多余的值，而是将它们保存在某个地方，下次接着使用。
• 而如果我们多输入一个数字，依样可以正确读取，只是最後一个数值没有使用而已。
  
• 那如果我们少输入一个数字呢？
  
• 输入三个整数後，前两个 scanf() 把前面两个整数给读进去了，此时剩下一个整数 60。而第三个 scanf() 要求要输入两个整数，一个单独的整数 60 并不能满足其要求，所以我们还是必须输入数值凑足两个整数以後，第三个 scanf() 才能正确读取。

所以，从基本上我们可以发现从键盘输入进去的数值并没有直接交给 scanf()，而是放入一个「缓冲区」，直到我们按下 Enter，scanf() 才会到缓冲区去读取数值。如果缓冲区的数值符合 scanf() 的要求，那麽就可以读取结束；如果不符合要求，那麽就继续等待用户输入，或者乾脆读取失败。

运算子 & 运算式 Operators & Expressions

• 在C语言中，用来执行逻辑和数学运算的符号我们称为 C的运算子（C operator）。
• 这些 operators 将各个 constants、variables 和 functions 组合起来，我们称为运算式（C expression）。

以此算式为例：

C operators

算数运算子 Arithmetic operators

• 也就是一般数学四则运算会用到的运算子，再加上 ﹪、递增运算子、递减运算子。

• ++ 递增运算子与 -- 递减运算子

• 复合指定运算：指的是同时执行『算术运算子或位元运算子』以及『指定运算子』两件工作。

• 比较关系运算子

• 逻辑运算子 Logical Operator

运算子的优先顺序

• 算术运算子 → 比较运算子 → 逻辑运算子
  • 先乘除，後加减；同一列中的运算，其优先顺序相同时，是由左至右运算。
  • 常见运算子的优先顺序如下：