引言

深入了解C語言的基本元素、計算機存儲器結構、常量與變量的概念以及數據類型。這些內容是C語言編程的基礎，掌握它們對于編寫高效、可靠的嵌入式程序至關重要。

1.C語言的基本元素

?編程語言的發展離不開自然語言，所以編程語言的語法和詞匯也是由自然語言發展而來，而自然語言的基礎是文字，舉個例子：想要學會漢語，則必須先學會漢字，想要學會英語，則必須先學會單詞，通過下圖可以知道，想要學會C語言，必須先學會關鍵字。

完成一個程序設計的過程就相當于是完成一篇文章的編寫，而一篇文章（程序）是由多個段落（函數）構成的，一個段落（函數）是由多個句子（語句）構成的，一個句子（語句）是由多個短語（表達式）構成的，一個短語（表達式）是由多個單詞（標識符）構成的，一個單詞（標識符）是由多個文字（字符）組成的。

C語言程序由一系列基本元素構成，這些元素包括：

• 字符集：C語言支持的基本字符，包括字母、數字、特殊符號（如??+??、??-??、??*??等）。
• 關鍵字：C語言中具有特殊含義的保留字，如??int??、??return??、??if??等。
• 標識符：由程序員定義的名稱，用于表示變量、函數、數組等。
• 運算符：用于執行操作的符號，如算術運算符（??+??、??-??）、關系運算符（??>??、??<??）等。
• 分隔符：用于分隔代碼元素的符號，如分號（??;??）、逗號（??,??）等。

#include <stdio.h>int main() {int a = 10;  // int是關鍵字，a是標識符int b = 20;int sum = a + b;  // +是運算符printf("Sum: %d\n", sum);  // ;是分隔符return 0;
}

可以看到，C語言標準中常用的關鍵字只有32個，并且這些關鍵字都是小寫的，并且都是某些英文單詞的縮寫。 int -- integer? ?char -- character?

2.?計算機存儲器結構

數據概念

數據是計算機處理的基本單位，可以是數字、字符、布爾值等。在C語言中，數據通過變量和常量來表示。人類使用計算機的目的就是為了高效的處理大量數據，但是數據的類型有很多，比如聲音、圖像、文字、數字等，那計算機是如何區分數據的呢？ 回答：計算機不用區分，計算機只采用二進制存儲。

內存概念

內存是計算機用于存儲數據和程序的硬件設備。每個內存單元都有一個唯一的地址，程序通過地址訪問內存中的數據。

對于計算機中的存儲器而言，一般分為兩種：RAM（隨機存儲器）和 ROM（只讀存儲器） ?

(1) 只讀存儲器

只讀存儲器的英文全稱是Read Only Memory，簡稱為ROM，屬于非易失性存儲設備，指的是掉電不丟失數據，可以把數據長時間存儲，一般分為很多種，具體的區別可以通過《數電》進行了解，對于計算機的機械硬盤或者固態硬盤而言指的就是ROM。

(2) 隨機存儲器

隨機存儲器的英文全稱是Random Access Memory，簡稱為RAM，屬于易失性存儲設備，指的是掉電會丟失數據，但是讀寫速度很快。所以一般CPU都是直接和RAM打交道。

內存單位

內存中一個MOS管可以存儲一個二進制數0或1，為了方便記憶，標準規定把一個二進制數用bit來進行表示，bit（比特）是binary digit的縮寫，中文翻譯為位。專業術語一般把一個二進制數稱為一位二進制數。所以bit就用來表示計算機數據的最小單位。

注意：計算機處理數據的基本單位是byte，計算機處理數據的最小單位是bit，1byte = 8bit。

內存的單位從小到大依次為：

• 位（Bit）：最小的存儲單位，表示一個二進制位（0或1）。
• 字節（Byte）：8位組成一個字節，是內存的基本單位。
• 千字節（KB）：1024字節。
• 兆字節（MB）：1024千字節。
• 吉字節（GB）：1024兆字節。

#include <stdio.h>int main() {int a = 10;  // 假設int類型占4個字節printf("Size of a: %lu bytes\n", sizeof(a));  // 輸出a占用的內存大小return 0;
}

3.?C語言的常量與變量

C語言采用常量（Constant）和變量（Variable）作為數據存儲的基本單元。從內存管理的角度來看，內存是由連續編址的存儲單元構成的物理空間，每個存儲單元（8位）都具有唯一的地址標識。雖然理論上可以通過直接尋址方式訪問這些存儲單元，但由于效率考量，實踐中通常采用更高級的抽象訪問機制。

根據C語言規范，開發者享有動態內存申請權限。申請過程需遵循以下協議：

1. 顯式聲明所需內存空間的大小（以字節為單位）
2. 內核負責在物理內存中定位合適的連續空間
3. 系統將分配的內存首地址返回給申請者

為提升內存訪問效率，C語言引入了符號化訪問機制：

• 開發者可為分配的內存空間指定標識符
• 系統維護符號名與物理地址的映射關系
• 通過符號名實現間接內存訪問

基于數據可變性特征，C語言將存儲單元劃分為兩種類型：

1. 常量（Constant）：程序運行期間值不可變
2. 變量（Variable）：程序運行期間值可變

常量

?常量指的是在程序運行期間值不會發生改變的量，一般使用的數字，比如3.14用來表示圓周率，一般情況下，用戶都是用通過宏定義的方式來實現常量的設計，宏定義其實就是簡單的文本替換，在預處理階段預處理器會把程序中的宏定義進行展開。C語言中規定宏定義使用預處理指令 #define 來進行設計。

常量是程序運行過程中值不會改變的數據。常量可以分為以下幾種：

• 整型常量：如??10??、??-20??。
• 浮點型常量：如??3.14??、??-0.5??。
• 字符常量：如??'A'??、??'1'??。
• 字符串常量：如??"Hello, World!"??。

變量

變量是程序運行過程中值可以改變的數據。變量指的是在程序運行期間值可能發生變化的量，用戶可以根據實際需要來向kernel申請一塊存儲單元，并對這塊存儲單元進行命名，然后用戶可以隨時修改存儲單元中的數據。申請的存儲單元的大小可以通過C語言中的數據類型進行指定。

?

命名規則

變量和常量的命名需要遵循以下規則：

• 只能包含字母、數字和下劃線（??_??）。
• 不能以數字開頭。
• 不能使用C語言關鍵字。
• 區分大小寫。

注意：為了防止二義性出現，C語言標準規定不可以把系統保留字，以及程序中已經存在的函數名稱、以及用戶已經定義出來的標識符名稱作為新的標識符名稱（同一個作用域內不能）。 ?

另外：C語言的標識符是區分大小寫，并且作為用戶而言，標識符的命名應該是有意義的

int myVariable;  // 合法
int _value;      // 合法
int 1value;      // 非法，不能以數字開頭
int return;      // 非法，return是關鍵字

4.?C語言的數據類型

C語言提供了豐富的數據類型，用于表示不同類型的數據。以下是常見的數據類型：

字符型（??char??）

字符型用于存儲單個字符，占用1個字節。C語言標準中提供了一個關鍵字 char ，其實是 character 單詞的縮寫，表示字符的意思，操作系統char類型的數據寬度定義為1字節，用于存儲字符，C語言標準中用單撇號’ ’表示字符。

C語言標準規定：用戶打算存儲字符 ? 數據寬度 ?變量名稱 ; ?舉例： char ?ch ?= ?‘c’ ;

C語言標準中關于字符的種類有兩種：普通字符 and 轉義字符，對于ASCII碼表中轉義字符

注意：ASCII碼中的轉義字符需要使用 ‘\0’ ?‘\r’ ?‘\n’進行表示，代表字符具有特殊的意義分別表示：空格、換行和回車。

#include <stdio.h>int main() {char letter = 'A';printf("%c\n", letter);return 0;
}

輸出：

A

整數型（??int??）

C語言標準中使用關鍵字int表示整數，整數型用于存儲整數值，通常占用4個字節，關鍵字 int 的英文單詞是 integer ，對應的中文具有整數的含義，在32系統下關鍵字int的數據寬度是4字節，也就意味著存儲單元所能存儲的整數范圍比較廣泛。

#include <stdio.h>int main() {int number = 100;printf("%d\n", number);return 0;
}

輸出：

100

短整型（??short??）

C語言標準中規定使用關鍵字 short 來表示短整型，短整型用于存儲較小的整數值，通常占用2個字節。一般短整型的全稱是 short int ，只不過寫程序的時候可以只寫 short 即可，在32位系統下 short 短整型占2字節。

#include <stdio.h>int main() {short smallNumber = 32767;printf("%d\n", smallNumber);return 0;
}

輸出：

32767

長整型（??long??）

C語言標準中規定使用關鍵字 long 來表示長整型，長整型用于存儲較大的整數值，通常占用4個或8個字節。一般長整型的全稱是 long int ，只不過寫程序的時候可以只寫long即可，在32位系統下 long 長整型占4字節，在64位系統占8字節。

#include <stdio.h>int main() {long bigNumber = 2147483647;printf("%ld\n", bigNumber);return 0;
}

輸出：

2147483647

長長整型（??long long??）

C語言標準中規定使用關鍵字 long long 來表示長長整型，長長整型用于存儲非常大的整數值。但是長長整型是使用 long long 來表示，在32位和64位系統下長長整型占8字節。

#include <stdio.h>int main() {long long hugeNumber = 9223372036854775807;printf("%lld\n", hugeNumber);return 0;
}

輸出：

9223372036854775807

浮點型（??float??和??double??）

數據有整數和小數之分，一般情況下處理的數據也是具有小數的，所以C語言標準中規定使用關鍵字 float 來表示單精度浮點數，單精度浮點型占4字節，另外C語言標準中也提供了另一個關鍵字 double 用來表示雙精度浮點數，double 占8字節，其實C語言也提供了一種類型 long double，該類型占16字節。

#include <stdio.h>int main() {float pi = 3.14;double precisePi = 3.1415926535;printf("%f\n", pi);printf("%f\n", precisePi);return 0;
}

輸出：

3.14
3.1415926535

字符串

字符串是表示某種含義的一個字符序列，字符串在內存是需要一塊連續的內存空間進行存儲，C語言中規定字符串使用雙引號””表示，并且規定字符串的結束標志是’\0’，但’\0’不需要用戶手動添加，系統會自動在一個字符串的末尾添加’\0’。

#include <stdio.h>int main() {char name[] = "Alice";printf("%s\n", name);return 0;
}

輸出：

Alice

布爾型（??bool??）

用戶有時候需要在程序進行判斷，在C89標準中，用戶如果想要判斷某種條件是否成立，一般是定義一個整型變量，然后利用數字0和數字1來表示條件是否成立，用戶就可以把變量作為一個標志位使用。 ?在C99標準可以使用布爾型來表示真假兩種情況，頭文件 stdbool.h 有相關描述，在頭文件中定義了三個宏，分別是?bool、true?以及?false。

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>int main() {bool isCodingFun = true;printf("%d\n", isCodingFun);  // 輸出1表示truereturn 0;
}

輸出：

1

補充：

?C語言標準中提供了兩個關鍵字? &&? unsigned用于修飾整數，unsigned表示無符號，signed表示有符號，C語言中的signed修飾符是隱式聲明，也就是用戶定義整型變量的時候如果沒有特別強調，則整型變量默認是有符號的。用戶如果要存儲無符號的整數，則必須定義變量必須顯式聲明變量是無符號的（unsigned）。