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  • C语言深入理解 常量与变量

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    《C语言深入理解系列- 常量与变量》

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    常量与变量

    正所谓静中有动,动中有静,常量与变量亦是如此,它们之前相互依赖,相互影响。关于常量与变量,很多朋友可能觉得没有什么好介绍的,它实在是太简单了,单从字面上看就知道什么意思?我想说的不是关于常量与变量的概念,而是其深入的实质。

    其实很多朋友在学到后面指针的时候经常会出现,段错误,晕指针(我对那些指针恐惧者的症状叫法),野指针等问题,都是因为对常量和变量的理解不够深入,基础理解不够踏实。

    常量:其值不会发生改变的量,称为常量。它们可以和数据类型接合起来分类。比如:整形常量,浮点型常量,字符常量等等,常量是可以不经过定义和初始化,而直接引用的。

    常量分类:常量又分为:直接常量和符号常量。

    直接常量又叫做:字面常量。如12,0,4.6,’a’,”abcd”

    符号常量:如宏定义的:#define PI 3.14

    特点:常量的值在其作用域内不会发生改变,也不能再被赋值。其在出现时就被当作一个立即数来使用。也就是说,只能被访问,被读,而不能被写,被赋值。

    其实,你一旦声明了一个常量,那么常量所在的内存空间就被加上了只读的属性,它有点类似于const关键字。

    变量:其值在其作用域内可以改变的量称为变量。一个变量应该有一个名字,在内存中占据一定的存储空间。变量在使用前必须要定义。每个变量都有自己的地址。

    变量分类:变量依据其定义的类型,分为不同类型,如:整型变量,字符型变量,浮点型变量,指针型变量等等。

    特点:变量其值可以发生改变,意味着它可以被覆盖,被写入,被赋值。每个变量必须要有一个名字和它所在内存空间绑定,如图xxx所示。

    图xxx 变量内存空间示意图

    代码中声明整型变量a,它的类型已经决定,那么它的大小也就是4个字节(32位机上),那么在内存中就有连续的四个字节与之对应,a变量名就代表了这四个字节的空间,a变量的地址就是连续四个字节的开始的地址0x000。就好像是饭店里每个房间都有一个地址,如201室代表二楼每一个房间,叫201不太雅观,我们起个名字叫:牡丹厅。那么,我们人为的将“牡丹厅”这个名字和201房间绑定在了一起。当我们说到牡丹厅,就知道是201房间,同样当我们说201房间我们也知道是牡丹厅。

    同样的道理,当我们说a变量,就知道是从0x000这个地址开始的4个字节,当我们说0x000地址就知道这是a变量的空间。那么既然a是变量也就是说它所代表的空间里的数据是可以修改的,同样0x000地址处的数据也是可以修改的。

    变量名和变量的值:

    变量名是在变量的声明的时候,该名字就和内存中一块地址绑定在一起了。可以通过变量名直接找到对应的内存区域,也可以通过地址找到其内存区域。

    变量的值是变量所对应的内存区域内存放的二进制序列。变量的值不会因为变量的类型发生了改变而改变,当变量被转换为对应类型时,内存区域的二进制序列以该类型的形式翻译出来。这也是强制类型转换能够成立的原因。

    例如:


    第一行代码:整型变量a在内存中是以97的二进制形式存放的,当使用它时,会被以十进制形式表现出来。

    第二行代码:字符变量ch1的ASCII 码是97,也是以97的二进制存放的,使用时,会被以字符’a’的形式表现出来。

    第三行代码:将整型变量a强制类型转换成字符型,a变量里的值没有变,变的是它的类型,它里面的值还是97的二进制,它类型变成了char,97的二进制变成char型,表现出来就是字符’a’。

    第四行代码:声明一个字符型指针变量p,p是个变量,它里面的值可变,它的值是整型变量a的值强制类型转换成了字符指针类型。这个时候p里的值还是97的二进制,只不过这个97的意义已经代表了一个字符型指针,也就是一个指向字符的地址了。

    由此可见:变量在内存中存放和它的值没有关系,而是和它的类型相关的。同样我们也可以得出:一个二进制序列对于计算机本身而言没有任何意义,计算机根本不知道这个二进制数据是干什么的,只有具体到它的类型时或出现在合适的场合时,才能代表具体的意义。如果一串二进制数据出现在地址总线上,它代表是一个地址,如果该相同数据出现在数据总线上,它代表是一个数据。所以,当我们看到一个数据时,比如:3.1415926,不能把它戴上定向思维的帽子认为它就是PI,而是要看清它的本质,它就是一堆二进制代码。

    我们来看下下面的例子:

    1.

    char ch = ‘a’;

    int a = (int)ch;

    printf(“%d %c\n”, a, ch);

    ch是什么?ch里装的是什么?a是什么?a里面装的是什么?打印什么?

    2.

    int add = 0x12345678;

    int *p = (int*)add;

    add是什么?add里装的是什么?p是什么?p里装的是什么?*p又是什么?&p又是什么?

    3.

    #define PI 3.14

    int a = PI;

    printf(“%d\n”, a);

    上面的代码有没有问题?

    4.

    #define PI 3.14

    printf(“%d\n”, PI);

    代码有没有问题?

    5.

    #define PI 3.14

    int a = PI;

    PI = 3.1415926;

    int b = PI;

    printf(“%d %d\n”, a, b);

    代码有没有问题?

    6.

    char *str = “hello world”;

    printf(“%s\n”, str);

    *str = “goodbye world”;

    printf(“%s\n”, str);

    代码有没有问题?

    答案:

    1. 测试对变量类型的理解和类型转换。ch是字符型变量,ch里是字符’a’的二进制数,a是整型变量,a里面是字符’a’的二进制数的整型表示方式,以十进制数表示出来97。打印结果为97 和 a。

    2. 测试对整型和地址类型转换。add是一个整数变量,add里是0x12345678的二进制数,以十进制表现出来,p是一个整型指针变量名,p里面是0x12345678的二进制数,以地址的方式表现出来,代表地址0x12345678。*p是通过*去访问地址0x12345678这个地址处的数据(如果你试图去打印它,会出错,因为这个地址你不一定有权限去访问)。&p是取出整型指针变量p的地址,因为p是一个变量,它也有自己的地址,所以可以取出它的地址来(见上面变量的定义)。

    3. 宏定义一个常量PI,PI这个符号代表了3.14,在代码执行前的预处理阶段第二行int a = PI,已经被替换为了int a = 3.14,将3.14赋值给整型,会舍弃掉小数点后面部分结果,仅保留整数部分,打印结果为3。

    4. 和上面3一样,在预处理阶段被替换成了printf(“%d\n”, 3.14),结果为1374389535,这是因为将浮点型的3.14在内存中的数据,以整型来表现的。

    5. 第三行PI = 3.1415926会出错,PI是个常量其被替换成了3.14 = 3.1415926,3.14是个字面常量,不能被赋值。错误信息为“向无效左值赋值出错”(关于常见错误信息,见C语言常见错误详解章节)。

    6. 第三行*str = “goodbye world”出错,第一行中将字符串常量“hello world”的首地址给了字符指针变量str,第三行试图将“goodbye world”的首地址,通过*str的访问方式覆盖str指向的字符串常量“hello world”。这句话理解起来都比较费劲,因为这里有两个错误:

    • 试图向常量里写数据。

    “hello world” 是字符串常量,那么这个字符串空间里的内容不能改变。

    • 指针变量里应该放地址,字符串都是以首地址为地址。

    向一个地址里写入字符串应该使用strcpy。*str只是代表了str指向的字符串中的第一个字符,将字符串地址写入到一个字符里肯定不行。

    关于上面说的,可能现在还不太好理解,请读者通读完C语言指针和数组之后再来细品,定会有不同程度的深入理解。

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