C語言深入理解 – 常量與變數

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《C語言深入理解系列 - 常量與變數》

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常量與變數

正所謂靜中有動，動中有靜，常量與變數亦是如此，它們之前相互依賴，相互影響。關於常量與變數，很多朋友可能覺得沒有什麼好介紹的，它實在是太簡單了，單從字面上看就知道什麼意思？我想說的不是關於常量與變數的概念，而是其深入的實質。

其實很多朋友在學到後面指標的時候經常會出現，段錯誤，暈指標（我對那些指標恐懼者的癥狀叫法），野指標等問題，都是因為對常量和變數的理解不夠深入，基礎理解不夠踏實。

 

常量：其值不會發生改變的量，稱為常量。它們可以和資料類型接合起來分類。比如：整形常量，浮點型常量，字元常量等等，常量是可以不經過定義和初始化，而直接引用的。

常量分類：常量又分為：直接常量和符號常量。

直接常量又叫做：字面常量。如12，0，4.6，’a’，”abcd”

符號常量：如宏定義的：#define PI 3.14

特點：常量的值在其範圍內不會發生改變，也不能再被賦值。其在出現時就被當作一個立即數來使用。也就是說，只能被訪問，被讀，而不能被寫，被賦值。

其實，你一旦聲明了一個常量，那麼常量所在的記憶體空間就被加上了唯讀屬性，它有點類似於const關鍵字。

 

變數：其值在其範圍內可以改變的量稱為變數。一個變數應該有一個名字，在記憶體中佔據一定的儲存空間。變數在使用前必須要定義。每個變數都有自己的地址。

變數分類：變數依據其定義的類型，分為不同類型，如：整型變數，字元型變數，浮點型變數，指標型變數等等。

特點：變數其值可以發生改變，意味著它可以被覆蓋，被寫入，被賦值。每個變數必須要有一個名字和它所在記憶體空間綁定，xxx所示。

圖xxx 變數記憶體空間

代碼中聲明整型變數a，它的類型已經決定，那麼它的大小也就是4個位元組（32位機上），那麼在記憶體中就有連續的四個位元組與之對應，a變數名就代表了這四個位元組的空間，a變數的地址就是連續四個位元組的開始的地址0x000。就好像是飯店裡每個房間都有一個地址，如201室代表二樓每一個房間，叫201不太雅觀，我們起個名字叫：牡丹廳。那麼，我們人為的將“牡丹廳”這個名字和201房間綁定在了一起。當我們說到牡丹廳，就知道是201房間，同樣當我們說201房間我們也知道是牡丹廳。

同樣的道理，當我們說a變數，就知道是從0x000這個地址開始的4個位元組，當我們說0x000地址就知道這是a變數的空間。那麼既然a是變數也就是說它所代表的空間裡的資料是可以修改的，同樣0x000地址處的資料也是可以修改的。

變數名和變數的值：

變數名是在變數的聲明的時候，該名字就和記憶體中一塊地址綁定在一起了。可以通過變數名直接找到對應的記憶體地區，也可以通過地址找到其記憶體地區。

變數的值是變數所對應的記憶體地區記憶體放的二進位序列。變數的值不會因為變數的類型發生了改變而改變，當變數被轉換為對應類型時，記憶體地區的二進位序列以該類型的形式翻譯出來。這也是強制類型轉換能夠成立的原因。

例如：

int a = 97;<br />char ch1 = ‘a’;<br />char ch2 = (char)a;<br />char *p = (char*)a;

第一行代碼：整型變數a在記憶體中是以97的二進位形式存放的，當使用它時，會被以十進位形式表現出來。

第二行代碼：字元變數ch1的ASCII 碼是97，也是以97的二進位存放的，使用時，會被以字元’a’的形式表現出來。

第三行代碼：將整型變數a強制類型轉換成字元型，a變數裡的值沒有變，變的是它的類型，它裡面的值還是97的二進位，它類型變成了char，97的二進位變成char型，表現出來就是字元’a’。

第四行代碼：聲明一個字元型指標變數p，p是個變數，它裡面的值可變，它的值是整型變數a的值強制類型轉換成了字元指標類型。這個時候p裡的值還是97的二進位，只不過這個97的意義已經代表了一個字元型指標，也就是一個指向字元的地址了。

由此可見：變數在記憶體中存放和它的值沒有關係，而是和它的類型相關的。同樣我們也可以得出：一個二進位序列對於電腦本身而言沒有任何意義，電腦根本不知道這個位元據是幹什麼的，只有具體到它的類型時或出現在合適的場合時，才能代表具體的意義。如果一串位元據出現在地址匯流排上，它代表是一個地址，如果該相同資料出現在資料匯流排上，它代表是一個資料。所以，當我們看到一個資料時，比如：3.1415926，不能把它戴上定向思維的帽子認為它就是PI，而是要看清它的本質，它就是一堆二進位代碼。

我們來看下下面的例子：

1.

char ch = ‘a’;

int a = (int)ch;

printf(“%d %c\n”, a, ch);

ch是什嗎？ch裡裝的是什嗎？a是什嗎？a裡面裝的是什嗎？列印什嗎？

2.

int add = 0x12345678;

int *p = (int*)add;

add是什嗎？add裡裝的是什嗎？p是什嗎？p裡裝的是什嗎？*p又是什嗎？&p又是什嗎？

3.

#define PI 3.14

int a = PI;

printf(“%d\n”, a);

上面的代碼有沒有問題？

4.

#define PI 3.14

printf(“%d\n”, PI);

代碼有沒有問題？

5.

#define PI 3.14

int a = PI;

PI = 3.1415926;

int b = PI;

printf(“%d %d\n”, a, b);

代碼有沒有問題？

6.

char *str = “hello world”;

printf(“%s\n”, str);

*str = “goodbye world”;

printf(“%s\n”, str);

代碼有沒有問題？

 

答案：

1.       測試對變數類型的理解和類型轉換。ch是字元型變數，ch裡是字元’a’的位元，a是整型變數，a裡面是字元’a’的位元的整型表示方式，以十進位數表示出來97。列印結果為97 和 a。

2.       測試對整型和地址類型轉換。add是一個整數變數，add裡是0x12345678的位元，以十進位表現出來，p是一個整型指標變數名，p裡面是0x12345678的位元，以地址的方式表現出來，代表地址0x12345678。*p是通過*去訪問地址0x12345678這個地址處的資料（如果你試圖去列印它，會出錯，因為這個地址你不一定有許可權去訪問）。&p是取出整型指標變數p的地址，因為p是一個變數，它也有自己的地址，所以可以取出它的地址來（見上面變數的定義）。

3.       宏定義一個常量PI，PI這個符號代表了3.14，在代碼執行前的預先處理階段第二行int a = PI，已經被替換為了int a = 3.14，將3.14賦值給整型，會捨棄掉小數點後面部分結果，僅保留整數部分，列印結果為3。

4.       和上面3一樣，在預先處理階段被替換成了printf(“%d\n”, 3.14)，結果為1374389535，這是因為將浮點型的3.14在記憶體中的資料，以整型來表現的。

5.       第三行PI = 3.1415926會出錯，PI是個常量其被替換成了3.14 = 3.1415926，3.14是個字面常量，不能被賦值。錯誤資訊為“向無效左值賦值出錯”（關於常見錯誤資訊，見C語言常見錯誤詳解章節）。

6.       第三行*str = “goodbye world”出錯，第一行中將字串常量“hello world”的首地址給了字元指標變數str，第三行試圖將“goodbye world”的首地址，通過*str的訪問方式覆蓋str指向的字串常量“hello world”。這句話理解起來都比較費勁，因為這裡有兩個錯誤：

•  試圖向常量裡寫資料。

              “hello world” 是字串常量，那麼這個字串空間裡的內容不能改變。

• 指標變數裡應該放地址，字串都是以首地址為地址。

              向一個地址裡寫入字串應該使用strcpy。*str只是代表了str指向的字串中的第一個字元，將字串地址寫入到一個字元裡肯定不行。

 

關於上面說的，可能現在還不太好理解，請讀者通讀完C語言指標和數組之後再來細品，定會有不同程度的深入理解。

 

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