（作者：徐誠 http://blog.csdn.net/shizhebsys 保留版權）

C 語言程序中用于運算的數據可以分為常量與變量兩種基本類型。常量是直接在代碼中所出現的數據，運算過程中不能修改常量值。變量是 C 語言程序在內存中為數據動態劃分出的定長存儲空間，運算過程中可以修改變量值。為了讓讀者能夠更深入的了解常量與變量的本質，在介紹常量與變量前，我們首先需要認識計算機內部數據存儲機制。

3.1.1 內部存儲器、寄存器和數據存儲形式

在計算機的電路中，用于存放運算數據的設備有內部存儲器（內存）和寄存器。內存是主要的存儲設備，對應的電路模塊稱之為內存條。寄存器的容量非常小，但是處于 CPU 的內部，因此訪問速度非常快。

數據以二進制形式存儲在內存或寄存器中，最小的存儲單位為位（ bit ），每次可操作的最小存儲單位為字節（ byte ）。例如十進制整數 87 對應的二進制數為 01010111 ，至少需要 1 字節的存儲空間，在內存中的存儲形式如圖 3.1 所示。

圖 3.1 1 字節存儲空間模擬圖

內存地址用以表示字節單元在內存中的位置，計算機可通過內存地址訪問相應的內存單元。由于計算機的結構差異非常大，每次運行程序時內存的狀況也不相同，因此存放數據的位置也不一樣。在 C 語言程序中，變量是程序運行時動態劃分的內存單元，其本質是某一內存單元在程序中的映射。這樣，設計程序時不用考慮數據具體存放的位置，只用變量的名稱就可以訪問相應的內存地址。變量的聲明形式為：

[modifier] type name [= value];

其中， modifier 是修飾符， name 是變量的名稱， value 是在聲明時為變量賦予的初始值。聲明語句結束后，必須使用分號結束一行。

例如為了保存十進制整數 87 聲明了一個字符型變量，變量名為 a 。該變量規定的長度為 1 字節，程序運行時，操作系統會為變量 a 劃分出 1 字節的存儲空間，通過名稱 a 可對相應的存儲空間進行數據的讀或寫操作。如下列源代碼所示：

#include <stdio.h> // 包含基本輸入輸出頭文件

int main() // 主函數

{

char a; // 聲明字符型變量 a

a = 87; // 向變量 a 寫入數據

printf("%d", a); // 輸出變量 a 的數值到終端

return 0; // 退出程序

}

代碼運行時，“ char a ”表達式進行聲明操作，要求操作系統為字符型變量 a 分配內存。假設分配的內存地址為 0x30 ，名稱 a 就可以代表以該地址開始，長度為 1 字節的存儲空間。操作系統會將這一段內存空間保護起來，不會將同樣的空間分配給其他程序或變量。“ a = 87 ”表達式對 a 進行賦值操作，實際上就是把數據寫入到相應的內存單元中。程序結束后，操作系統會進行內存回收，分配給變量 a 的內存空間被標為空閑，其他程序可以獲得該空間。

不同數據類型的變量差別在于對應存儲空間的長度，該長度還會因為計算機硬件結構和編譯器類型的差別而不同。例如整型變量的長度對應于凌動處理器和 GCC 編譯器的長度為 4 字節，存放負整數 -87 的整型變量在內存中的存儲形式如圖 3.2 所示。

圖 3.2 4 字節存儲空間模擬圖

整型變量的長度為 4 個字節，但是只需要第 1 個字節的地址就能訪問到整個空間。因為變量類型已經為變量定義了存儲空間長度的信息，第 1 個字節的地址稱為首地址，只用通過偏移量就能得到其他字節的地址。

為了保存正負符號，存儲空間中的第 1 位是符號位。正數對應 0 ，負數對應 1 。被符號占用 1 位存儲空間后，字符型變量可儲存的最小值為 -2 ⁷ ，最大值為 2 ⁷ -1 ，即 -128 ～ 127 ；整型變量可存儲的最小值為 -2 ³¹ ，最大值為 2 ³¹ -1 。 0 被作為正數保存，因此正數最大值的數值比負數最大值的數值要少 1 。

存儲到寄存器的原理與存儲到內存非常相似，在變量聲明表達式前加入 register 標識符可將變量聲明為寄存器變量。如下例所示：

register int a; // 聲明寄存器整型變量 a

上述語句聲明了寄存器整型變量 a ，其長度同樣是 4 字節，并且有自己的地址。但是由于寄存器的資源非常有限，通常只將需要高頻率訪問的變量聲明為寄存器變量。操作系統和編譯器考慮到程序性能優化的問題，并不一定會將用戶聲明的寄存器變量保存在寄存器中，而是轉換為普通變量。

一切在代碼中直接出現的數據都是常量，例如“ a = 87 ”表達式中的數值 87 即常量。常量在內存中的存儲位置不被程序設計者關心，程序中也無法直接得到常量的地址，因此常量是不可修改的。由此我們可以用內存地址是否能被程序得到來區別常量與變量，這也是常量與變量的本質性區別。

3.1.2 數據類型

認識了數據存儲形式后，數據類型就比較容易理解。本小節所討論的數據類型指的是 C 語言中原始的數據類型，實際上數據類型直接的差別在于存儲空間長度。另外，還將涉及是否保存正負數符號，以及是否使用浮點方式來保存小數和指數。有正負符號的數稱為有符號數，沒有正負符號的數稱為無符號數。有符號數可以存儲負數，無符號數只能存儲正數。不使用浮點形式的數稱之為整數，使用浮點形式的數稱之為浮點數。除此以外還有一種空值類型，它不能保存任何數據，存儲空間長度為 0 。

C 語言的所有類型都是從 5 種最原始的類型發展而來的，見表 3.1 所示。

表 3.1 ANSI C 標準基本類型的字長與范圍表

類型	說明符	長度	值域
字符型	char	1 字節	-128 ～ 127
整型	int	4 字節	- 2147483648 ～ 2147483647
單精度浮點型	float	4 字節	約精確到 6 位數
雙精度浮點型	double	8 字節	約精確到 12 位數
空值型	void	0 字節	無值

其中字符型和整型有無符號數和有符號數的差別，區別在于說明符前加入了 signed 和 unsigned 修飾符，見表 3.2 所示。

表 3.2 無符號與有符號類型的字長與范圍表

類型	說明符	長度	值域
無符號字符型	unsigned char	1 字節	0 ～ 255
有符號字符型	signed char	1 字節	-128 ～ 127
無符號整型	unsigned int	4 字節	0 ～ 4294967295
有符號整型	signed int	4 字節	- 2147483648 ～ 2147483647

由于字符型和整型默認為有符號數，所以通常在聲明時可以省略 signed 修飾符。另外，整型數據可以使用 short 和 long 修飾符來定義為短整型和長整型，見表 3.3 所示。

表 3.3 短整型和長整型的字長與范圍表

類型	說明符	長度	值域
短整型	short int	2 字節	-32768 ～ 32767
整型	long int	4 字節	- 2147483648 ～ 2147483647
長整型	long long int	8 字節	-9.223372e+18 ～ 9.223372e+18

在使用短整型和長整型時，可省略 int 說明符。因此，聲明短整型可使用 short 修飾符作為說明符，聲明長整型可使用 long long 作為說明符，而 long 和 int 說明符是等價的。 unsigned 、 signed 修飾符與 short 、 long 說明符可以同時使用，如下例所示：

unsigned long long a; // 聲明無符號長整型變量 a

該行代碼聲明了無符號長整型變量 a ，其值域范圍為 0 ～ 2 ⁶⁴ -1 。在不使用科學計數法的條件下，變量 a 可以用來保存 C 語言中最大的正整數 2 ⁶⁴ -1 。

3.1.3 常量的形式

在 C 語言中，常量出現的形式共有 4 種，分別是直接常量、符號常量、枚舉常量和常量變量。其中，前 3 種是嚴格意義上的常量，而常量變量是一種特殊的常量。

1 ．直接常量

所有在 C 語言源代碼中直接出現的數值、字符和字符串都是直接常量。如下列源代碼所示：

float pi = 3.141593; // 聲明單精度浮點型變量 pi 并賦值

char c = 'a'; // 聲明字符型變量 c 并賦值

printf("a cup of coffee"); // 在終端上輸出一行字符串

代碼中定義了 2 個變量，并使用直接常量為其賦值。其中，數值 3.141593 在類型上屬于浮點型常量，“ a ”屬于字符型常量。最后一行使用 printf() 函數輸出了字符串“ a cup of coffee ”，此處使用的是字符串常量。

注意：字符型常量必須使用單引號包圍，如 'a' 。字符串常量必須使用雙引號包圍，如 "a cup of coffee" 。如果使用雙引號包圍一個字符，如 "a" ，那么編譯器會認為這是一個字符串，并在其后自動加上字符串結束符。如果用單引號包圍一個字符串，如 'a cup of coffee' ，編譯器將認為這是語法錯誤，并拋出錯誤提示信息。

2 ．符號常量

使用“ #define ”定義的常量稱之為符號常量。符號常量定義的形式為：

#define NAME value

其中， NAME 是符號常量的名稱， value 必須是一個直接常量。通常，符號常量聲明在源代碼的最上方，并且用大寫字母作為其名稱。如下例所示：

#include <stdio.h> // 包含基本輸入輸出頭文件

#define PI 3.141593 // 定義符號常量 PI

#define C 'a' // 定義符號常量 C

#define S "a cup of coffee" // 定義符號常量 S

int main() // 主函數

{

printf("%f/n", PI); // 輸出符號常量所代表的數值

printf("%c/n", C);

printf("%s/n", S);

return 0; // 主函數結束

}

代碼中定義了 3 個符號常量，在主函數中，這些符號常量所代表的數值被 printf() 函數輸出。我們可以簡單的認為，符號常量所做的僅僅是在源代碼中進行的字符串替換。編譯器編譯時，所以常量 PI 都會被替換為 3.141593 。

使用符號常量有三點好處，其一是易于記憶，例如我們可以為某個常量定義一個較容易理解的名稱，如 PI 。其二是表達簡潔，在上例的代碼中，僅僅用一個字母 S 就能代理整個字符串“ a cup of coffee ”。其三是數值容易修改，如果某個直接常量需要多次使用，一旦該常量的值必須被調整時，往往需要修改多處代碼；而使用符號常量代替了源代碼中所有直接常量后，修改時只用在符號常量定義部分修改。因此我們建議讀者盡量在代碼中使用符號常量。

注意：符號常量定義的行尾不需要使用分號“ ; ”結束該語句，否則會造成語法錯誤。

3 ．枚舉常量

使用 enum 定義的常量稱之為枚舉常量，它是一種聚合類型。枚舉常量定義的形式為：

enum name {CON1 [= INT], CON2 [= INT], …};

其中， nume 為枚舉類型名稱， CON1 、 CON2 為枚舉成員名稱。枚舉成員的數值在定義后不可改變，并且能作為常量使用，被稱為枚舉常量。枚舉成員可用整型常量賦值，第 1 個枚舉成員默認值為 0 ，其后枚舉成員的默認值為前一個枚舉成員值加 1 的結果。如下例所示：

enum week {MON = 1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN}; // 定義枚舉類型和成員，將 MON 的值設置為 1

printf("%d", SAT); // 輸出成員 SAT 的值

代碼中定義了枚舉類型 week ，其中有 7 個成員，第 1 個成員 MON 的值設置為 1 。然后， printf() 函數輸出了成員 SAT 的值。根據枚舉類型的默認值規則可知， SAT 的值為 6 。

4 ．常量變量

使用 const 修飾符聲明的變量稱之為常量變量。從本質上來說，常量變量依然屬于變量的一種，但是程序運行過程中不能修改其值。如下例所示：

const int id = 15; // 聲明常量變量 id 并賦值

代碼中聲明了常量變量 id ，并且為其賦值。聲明語句以后，任何賦值或修改常量變量數值的語句，都將造成編譯錯誤。

3.1 常量與變量