C语言基本概念
原码反码补码
计算机只能识别0和1, 所以计算机中存储的数据都是以0和1的形式存储的
数据在计算机内部是以补码的形式储存的, 所有数据的运算都是以补码进行的
正数的原码、反码和补码
- 正数的原码、反码和补码都是它的二进制
- 例如: 12的原码、反码和补码分别为
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 11000000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 11000000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100
负数的原码、反码和补码
- 二进制的最高位我们称之为符号位, 最高位是0代表是一个正数, 最高位是1代表是一个负数
- 一个负数的原码, 是将该负数的二进制最高位变为1
- 一个负数的反码, 是将该数的原码
除了符号位以外的其它位取反 - 一个负数的补码, 就是它的反码 + 1
- 例如: -12的原码、反码和补码分别为
c
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 // 12二进制
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 // -12原码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0011 // -12反码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0100 // -12补码负数的原码、反码和补码逆向转换
- 反码 = 补码-1
- 原码= 反码最高位不变, 其它位取反
c
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0100 // -12补码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0011 // -12反码
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 // -12原码为什么要引入反码和补码
在学习本节内容之前,大家必须明白一个东西, 就是计算机只能做加法运算, 不能做减法和乘除法, 所以的减法和乘除法内部都是用加法来实现的
- 例如: 1 - 1, 内部其实就是 1 + (-1);
- 例如: 3 * 3, 内部其实就是 3 + 3 + 3;
- 例如: 9 / 3, 内部其实就是 9 + (-3) + (-3) + (-3);
首先我们先来观察一下,如果只有原码会存储什么问题
- 很明显, 通过我们的观察, 如果只有原码, 1-1的结果不对
c
// 1 + 1
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 // 1原码
+0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 // 1原码
---------------------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 == 2
// 1 - 1; 1 + (-1);
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 // 1原码
+1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 // -1原码
---------------------------------------
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 == -2- 正是因为对于减法来说,如果使用原码结果是不正确的, 所以才引入了反码
- 通过反码计算减法的结果, 得到的也是一个反码;
- 将计算的结果符号位不变其余位取反,就得到了计算结果的原码
- 通过对原码的转换, 很明显我们计算的结果是-0, 符合我们的预期
c
// 1 - 1; 1 + (-1);
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 // 1反码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 // -1反码
---------------------------------------
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 // 计算结果反码
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 // 计算结果原码 == -0- 虽然反码能够满足我们的需求, 但是对于0来说, 前面的负号没有任何意义, 所以才引入了补码
- 由于int只能存储4个字节, 也就是32位数据, 而计算的结果又33位, 所以最高位溢出了,符号位变成了0, 所以最终得到的结果是0
c
// 1 - 1; 1 + (-1);
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 // 1补码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 // -1补码
---------------------------------------
10000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 // 计算结果补码
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 // == 0最后，如果有任何疑问，请加微信 leader_fengy 拉你进学习交流群。
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什么是环境变量?
- 打开我们添加环境变量的两个目录, 不难发现里面大部分都是.exe的可执行程序
- 如果我们不配置环境变量, 那么每次我们想要使用这些"可执行程序"都必须"先找到这些应用程序对应的文件夹"才能使用
- 为了方便我们在电脑上"任何地方"都能够使用这些"可执行程序", 那么我们就必须添加环境变量, 因为Windows执行某个程序的时候, 会先到"环境变量中Path指定的路径中"去查找
为什么要配置系统变量,不配置用户变量
- 用户变量只针对使用这台计算机指定用户
- 一个计算机可以设置多个用户, 不同的用户用不同的用户名和密码
- 当给计算机设置了多个用户的时候,启动计算机的时候就会让你选择哪个用户登录
- 系统变量针对使用这台计算机的所有用户
- 也就是说设置了系统变量, 无论哪个用户登录这台计算机都可以使用你配置好的工具
- 最后，如果大家想要实时关注我们更新的文章以及分享的干货的话，可以扫描下方二维码关注我们的微信公众号“代码情缘”。
位运算符
- 程序中的所有数据在计算机内存中都是以二进制的形式储存的。
- 位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作
- C语言提供了6个位操作运算符, 这些运算符只能用于整型操作数
| 符号 | 名称 | 运算结果 |
|---|---|---|
| & | 按位与 | 同1为1 |
| | | 按位或 | 有1为1 |
| ^ | 按位异或 | 不同为1 |
| ~ | 按位取反 | 0变1,1变0 |
<< | 按位左移 | 乘以2的n次方 |
>> | 按位右移 | 除以2的n次方 |
- 按位与:
- 只有对应的两个二进位均为1时，结果位才为1，否则为0
- 规律: 二进制中，与1相&就保持原位，与0相&就为0
9&5 = 1
1001
&0101
------
0001- 按位或:
- 只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1，否则为0
c
9|5 = 13
1001
|0101
------
1101- 按位异或
- 当对应的二进位相异（不相同）时，结果为1，否则为0
- 规律:
- 相同整数相的结果是0。比如55=0
- 多个整数相^的结果跟顺序无关。例如: 567=576
- 同一个数异或另外一个数两次, 结果还是那个数。例如: 577 = 5
c
9^5 = 12
1001
^0101
------
1100- 按位取反
- 各二进位进行取反（0变1，1变0）
c
~9 =-10
0000 0000 0000 0000 0000 1001 // 取反前
1111 1111 1111 1111 1111 0110 // 取反后
// 根据负数补码得出结果
1111 1111 1111 1111 1111 0110 // 补码
1111 1111 1111 1111 1111 0101 // 反码
1000 0000 0000 0000 0000 1010 // 源码 == -10- 位运算应用场景:
- 判断奇偶(按位或)
c
偶数: 的二进制是以0结尾
8 -> 1000
10 -> 1010
奇数: 的二进制是以1结尾
9 -> 1001
11 -> 1011
任何数和1进行&操作,得到这个数的最低位
1000
&0001
-----
0000 // 结果为0, 代表是偶数
1011
&0001
-----
0001 // 结果为1, 代表是奇数权限系统
cenum Unix { S_IRUSR = 256,// 100000000 用户可读 S_IWUSR = 128,// 10000000 用户可写 S_IXUSR = 64,// 1000000 用户可执行 S_IRGRP = 32,// 100000 组可读 S_IWGRP = 16,// 10000 组可写 S_IXGRP = 8,// 1000 组可执行 S_IROTH = 4,// 100 其它可读 S_IWOTH = 2,// 10 其它可写 S_IXOTH = 1 // 1 其它可执行 }; // 假设设置用户权限为可读可写 printf("%d\n", S_IRUSR | S_IWUSR); // 384 // 110000000交换两个数的值(按位异或)
ca = a^b; b = b^a; a = a^b;
- 按位左移
- 把整数a的各二进位全部左移n位，高位丢弃，低位补0
- 由于左移是丢弃最高位，0补最低位，所以符号位也会被丢弃，左移出来的结果值可能会改变正负性
- 规律: 左移n位其实就是乘以2的n次方
- 把整数a的各二进位全部左移n位，高位丢弃，低位补0
c
2<<1; //相当于 2 *= 2 // 4
0010
<<0100
2<<2; //相当于 2 *= 2^2; // 8
0010
<<1000- 按位右移
- 把整数a的各二进位全部右移n位，保持符号位不变
- 为正数时， 符号位为0，最高位补0
- 为负数时，符号位为1，最高位是补0或是补1(取决于编译系统的规定)
- 规律: 快速计算一个数除以2的n次方
- 把整数a的各二进位全部右移n位，保持符号位不变
c
2>>1; //相当于 2 /= 2 // 1
0010
>>0001
4>>2; //相当于 4 /= 2^2 // 1
0100
>>0001- 练习:
- 写一个函数把一个10进制数按照二进制格式输出
c
#include <stdio.h>
void printBinary(int num);
int main(int argc, const char * argv[]) {
printBinary(13);
}
void printBinary(int num){
int len = sizeof(int)*8;
int temp;
for (int i=0; i<len; i++) {
temp = num; //每次都在原数的基础上进行移位运算
temp = temp>>(31-i); //每次移动的位数
int t = temp&1; //取出最后一位
if(i!=0&&i%4==0)printf(" "); printf("%d",t);
}
}最后，如果有任何疑问，请加微信 leader_fengy 拉你进学习交流群。
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变量内存分析
- 内存模型
- 内存模型是线性的(有序的)
- 对于 32 机而言，最大的内存地址是2^32次方bit(4294967296)(4GB)
- 对于 64 机而言，最大的内存地址是2^64次方bit(18446744073709552000)(171亿GB)
CPU 读写内存
- CPU 在运作时要明确三件事
- 存储单元的地址（地址信息）
- 器件的选择，读 or 写 （控制信息）
- 读写的数据 （数据信息）
如何明确这三件事情
- 通过地址总线找到存储单元的地址
- 通过控制总线发送内存读写指令
- 通过数据总线传输需要读写的数据
- 地址总线: 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间(寻址能力)
- 例如: 地址总线的宽度是1位, 那么表示可以访问 0 和 1的内存
+ 例如: 地址总线的位数是2位, 那么表示可以访问 00、01、10、11的内存
>
数据总线: 数据总线的位数决定CPU单次通信能交换的信息数量
- 例如: 数据总线:的宽度是1位, 那么一次可以传输1位二进制数据
+ 例如: 地址总线的位数是2位,那么一次可以传输2位二进制数据
- 控制总线: 用来传送各种控制信号
写入流程
- CPU 通过地址线将找到地址为 FFFFFFFB 的内存
- CPU 通过控制线发出内存写入命令，选中存储器芯片，并通知它，要其写入数据。
- CPU 通过数据线将数据 8 送入内存 FFFFFFFB 单元中
读取流程
- CPU 通过地址线将找到地址为 FFFFFFFB 的内存
- CPU 通过控制线发出内存读取命令，选中存储器芯片，并通知它，将要从中读取数据
- 存储器将 FFFFFFFB 号单元中的数据 8 通过数据线送入 CPU寄存器中
- 变量的存储原则
先分配字节地址大内存,然后分配字节地址小的内存(内存寻址是由大到小)
变量的首地址,是变量所占存储空间字节地址(最小的那个地址 )
低位保存在低地址字节上,高位保存在高地址字节上
c10的二进制: 0b00000000 00000000 00000000 00001010 高字节← →低字节
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如何创建C语言程序
- 这个世界上, 几乎所有程序员入门的第一段代码都是Hello World.
- 原因是当年C语言的作者Dennis Ritchie(丹尼斯 里奇)在他的名著
<The C Programming Language>中第一次引入, 传为后世经典, 其它语言亦争相效仿, 以示敬意
如何创建C语言文件
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char类型内存存储细节
- char类型基本概念
- char是C语言中比较灵活的一种数据类型，称为“字符型”
- char类型变量占1个字节存储空间，共8位
- 除单个字符以外, C语言的的转义字符也可以利用char类型存储
| 字符 | 意义 |
|---|---|
| \b | 退格(BS)当前位置向后回退一个字符 |
| \r | 回车(CR),将当前位置移至本行开头 |
| \n | 换行(LF),将当前位置移至下一行开头 |
| \t | 水平制表(HT),跳到下一个 TAB 位置 |
| \0 | 用于表示字符串的结束标记 |
\ | 代表一个反斜线字符 \ |
| \" | 代表一个双引号字符" |
| \' | 代表一个单引号字符' |
- char型数据存储原理
- 计算机只能识别0和1, 所以char类型存储数据并不是存储一个字符, 而是将字符转换为0和1之后再存储
- 正是因为存储字符类型时需要将字符转换为0和1, 所以为了统一, 老美就定义了一个叫做ASCII表的东东
- ASCII表中定义了每一个字符对应的整数
c
char ch1 = 'a'; printf("%i\n", ch1); // 97 char ch2 = 97; printf("%c\n", ch2); // a- char类型注意点
- char类型占一个字节, 一个中文字符占3字节(unicode表),所有char不可以存储中文
c
char c = '我'; // 错误写法- 除转义字符以外, 不支持多个字符
c
char ch = 'ab'; // 错误写法- char类型存储字符时会先查找对应的ASCII码值, 存储的是ASCII值, 所以字符6和数字6存储的内容不同
c
char ch1 = '6'; // 存储的是ASCII码 64char ch2 = 6; // 存储的是数字 6- 练习
- 定义一个函数, 实现输入一个小写字母,要求转换成大写输出
类型说明符
- 类型说明符基本概念
- C语言提供了说明长度和说明符号位的两种类型说明符, 这两种类型说明符一共有4个：
- short 短整型 (说明长度)
- long 长整型 (说明长度)
- signed 有符号型 (说明符号位)
- unsigned 无符号型 (说明符号位)
- 这些说明符一般都是用来修饰int类型的，所以在使用时可以省略int
- 这些说明符都属于C语言关键字
short和long
- short和long可以提供不同长度的整型数，也就是可以改变整型数的取值范围。
- 在64bit编译器环境下，int占用4个字节（32bit），取值范围是-2^31 ~ 2^31-1；
- short占用2个字节（16bit），取值范围是-2^15 ~ 2^15-1；
- long占用8个字节（64bit），取值范围是-2^63 ~ 2^63-1
- 总结一下：在64位编译器环境下:
- short占2个字节(16位)
- int占4个字节(32位)
- long占8个字节(64位)。
- 因此，如果使用的整数不是很大的话，可以使用short代替int，这样的话，更节省内存开销。
世界上的编译器林林总总，不同编译器环境下，int、short、long的取值范围和占用的长度又是不一样的。比如在16bit编译器环境下，long只占用4个字节。不过幸运的是，ANSI
ISO制定了以下规则：
- short跟int至少为16位(2字节)
- long至少为32位(4字节)
- short的长度不能大于int，int的长度不能大于long
- char一定为为8位(1字节)，毕竟char是我们编程能用的最小数据类型
- 可以连续使用2个long，也就是long long。一般来说，long long的范围是不小于long的，比如在32bit编译器环境下，long long占用8个字节，long占用4个字节。不过在64bit编译器环境下，long long跟long是一样的，都占用8个字节。
c
#include <stdio.h>
int main()
{
// char占1个字节, char的取值范围 -2^7~2^7
char num = 129;
printf("size = %i\n", sizeof(num)); // 1
printf("num = %i\n", num); // -127
// short int 占2个字节, short int的取值范围 -2^15~2^15-1
short int num1 = 32769;// -32767
printf("size = %i\n", sizeof(num1)); // 2
printf("num1 = %hi\n", num1);
// int占4个字节, int的取值范围 -2^31~2^31-1
int num2 = 12345678901;
printf("size = %i\n", sizeof(num2)); // 4
printf("num2 = %i\n", num2);
// long在32位占4个字节, 在64位占8个字节
long int num3 = 12345678901;
printf("size = %i\n", sizeof(num3)); // 4或8
printf("num3 = %ld\n", num3);
// long在32位占8个字节, 在64位占8个字节 -2^63~2^63-1
long long int num4 = 12345678901;
printf("size = %i\n", sizeof(num4)); // 8
printf("num4 = %lld\n", num4);
// 由于short/long/long long一般都是用于修饰int, 所以int可以省略
short num5 = 123;
printf("num5 = %lld\n", num5);
long num6 = 123;
printf("num6 = %lld\n", num6);
long long num7 = 123;
printf("num7 = %lld\n", num7);
return 0;
}signed和unsigned
- 首先要明确的：signed int等价于signed，unsigned int等价于unsigned
- signed和unsigned的区别就是它们的最高位是否要当做符号位，并不会像short和long那样改变数据的长度，即所占的字节数。
- signed：表示有符号，也就是说最高位要当做符号位。但是int的最高位本来就是符号位，因此signed和int是一样的，signed等价于signed int，也等价于int。signed的取值范围是-2^31 ~ 2^31 - 1
- unsigned：表示无符号，也就是说最高位并不当做符号位，所以不包括负数。
- 因此unsigned的取值范围是：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ~ 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，也就是0 ~ 2^32 - 1
c
#include <stdio.h>
int main()
{
// 1.默认情况下所有类型都是由符号的
int num1 = 9;
int num2 = -9;
int num3 = 0;
printf("num1 = %i\n", num1);
printf("num2 = %i\n", num2);
printf("num3 = %i\n", num3);
// 2.signed用于明确说明, 当前保存的数据可以是有符号的, 一般情况下很少使用
signed int num4 = 9;
signed int num5 = -9;
signed int num6 = 0;
printf("num4 = %i\n", num4);
printf("num5 = %i\n", num5);
printf("num6 = %i\n", num6);
// signed也可以省略数据类型, 但是不推荐这样编写
signed num7 = 9;
printf("num7 = %i\n", num7);
// 3.unsigned用于明确说明, 当前不能保存有符号的值, 只能保存0和正数
// 应用场景: 保存银行存款,学生分数等不能是负数的情况
unsigned int num8 = -9;
unsigned int num9 = 0;
unsigned int num10 = 9;
// 注意: 不看怎么存只看怎么取
printf("num8 = %u\n", num8);
printf("num9 = %u\n", num9);
printf("num10 = %u\n", num10);
return 0;
}- 注意点:
- 修饰符号的说明符可以和修饰长度的说明符混合使用
- 相同类型的说明符不能混合使用
c
signed short int num1 = 666;
signed unsigned int num2 = 666; // 报错最后，如果有任何疑问，请加微信 leader_fengy 拉你进学习交流群。
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