C語言在明面上將數的變量分為兩類,整型變量以及浮點數,對應著現實世界的整數和小數。
首先是整數,使用了這么多的C語言之后,每當在使用整數之時都會將其想象成二進制的存在,而不是十進制。原因在于,這是程序的本質所在,稍有研究編譯器工作原理的都會發現,在編譯器處理乘法乃至除法的時候,優秀的編譯器總會想方設法的加快程序的速度,毫無疑問在所有運算中移位運算是最快速的"乘法"以及"除法":
1<<2 == 4 ,8>>2 == 2
而正常一個乘法相當于十數次的加法運算的時間消耗,移位則不用(除法的消耗更大,但是隨著CPU的進步,這些差距正在逐漸縮小,就目前來看依舊是有著不小的差距但無論如何優化,乘法時間都會大于加法)。正如前面所說,C語言設計之初便是給了程序員所有的權利,而程序員要做的就是掌控所有能掌控的,即便是數的計算亦是如此,比如在優秀的編譯器看來:
2*7 ====> (2<<3) - 25*31 ====> (5<<5) - 5
毫無疑問經過編譯器優化后的代碼此前者要快許多。這就是為什么我們要將一個數看作二進制,這不僅僅是表面,而是要在深層次的認為它是二進制,總體來說C語言的整型是非常簡潔明了的總體分為 有符號 和 無符號,很好理解只需要注意不要讓無符號數進行負數的運算,這里有一個原則,可以很好的規避這種無意之過,不把無符號類型變量和有符號類型變量放于同一運算中,時刻記得保持式子的類型一致是設計時的保障。
浮點數,由于實數域可以看作稠密的,故除了整數以外,還有無數的小數,而小數在計算機中如何表示?一種無限的狀態是無法在計算機中被精確表示,所以有了浮點法,關于浮點法可以參考書籍《深入理解計算機系統》。
這里介紹的是在C語言中我們應該如何正確使用浮點數?很多人(包括我)在初作之時總是想當然的以為計算機是無所不能的,連人類都無法完全表達出來的小數計算機一定可以,實際上并非如此,在這里我可以說,計算機只是近似表達,而最大的忌諱的便是將兩個浮點數進行比較,此處介紹一種浮點數常用的比較方法,精確度法:
#define DISTANCE 0.00000001 ... float f_x_1 = 20.5; float f_x_2 = 19.5; if(f_x_1 - f_x_2 < DISTANCE) printf("They are Equal/n"); else printf("Different/n");
所以說,在很大程度上,當你在程序中使用了浮點數,又直接使用浮點數進行比較,卻發現始終無法達到預期效果,那么你可以檢查一下,是否是這個原因,在這一點上,不得不說是C語言的一個缺憾。
指針變量,是一種比較特別的變量,以至于總是對它進行特別對待。這里有幾個原則:
指針在不同位的操作系統上的大小是不一樣的,但是在同一個操作系統下,無論什么類型的指針都是相同大小,這涉及到指針的尋址問題,(題外話:C語言的尋址實際上使用了匯編語言的間接尋址,有興趣的可以自行嘗試,方法之一,使用gcc編譯器的匯編選項,產生匯編代碼,進行一一比對),對于尋址一個籠統一些的說法便是
4Byte = 32bit2^32 = 4G
所以32位的操作系統下C語言指針:
... size_t what = sizeof(void*); printf("%d", what); ...
輸出:
$root@mine: 4
對于大部分使用者來說,指針主要用來降低內存消耗以及提高運算效率的,這里設計許多學問,我也無法一一展示,比較有意思也常用的兩個東西便是遞增以及語法糖:++, ->
... int dupli_of_me[10] = {0};//也可以使用庫函數memset()進行置0 int *point_to_me = dupli_of_me; int me = 100; while(point_to_me < (dupli_of_me + 10)) *point_to_me++ = me;
其中*point_to_me++ = me;在C語言應用廣泛它相當于是:
*point_to_me = me; point_to_me++;
的語法糖,對于++,在非必要的情況下,請使用前綴遞增,而非后綴遞增,原因是消耗問題,仔細想想這兩種遞增的區別在何處?
前綴遞增總是在原數上進行遞增操作,然而后綴遞增呢?它首先拷貝一份原數放于別處,并且遞增這份拷貝,在原數進行的操作完畢后,將這份拷貝再拷貝進原數取代它,此中的操作涉及的更多,所以在非必要的情況下,請使用前綴遞增而不是后綴遞增(遞減也是同樣的道理)。
->則是在結構體上使用的非常廣泛:
typedef struct data{ int test; struct data* next; }my_struct; ... my_struct temp; my_struct *ptemp = &temp; ptemp->test = 100; ptemp->next = NULL; if(temp.test == 100) printf("Correctly!/n"); else printf("That is impossible!/n"); ...
可以很清楚的看出其實ptemp->test便是(*ptemp).test的語法糖
變量限定
const 是最常用的變量限定符,它的意思是告訴編譯器,這個變量或者對象在初始化以后不能被改變,常用它來保護一些必要的返回值,參數以及常量的定義。
volatile 這個關鍵字常常被C語言教材所忽略,它很神秘。實際上確實如此,他的作用的確很神秘:一旦使用了,就是告訴編譯器,即使這個變量沒有被使用或修改其他內存單元,它的值也可能發生變化。通俗的說就是,告訴編譯器,不要把你的那一套優化策略用在我身上。
/* 此時我們將編譯器優化等級提高到 -O2 */ int test_num = 100; //測試一個迭代加法 int nor_result = 0; volatile int vol_result = 0; /* 測試無volatile限定下,該程序的耗時 */ for(int i = 0;i < 10000;++i) for(int j = 0;j < 10000;++j) nor_result += test_num;
接下來就是測試volatile限定下的代碼
for(int i = 0;i < 10000;++i) for(int j = 0;j < 10000;++j) vol_result += test_num;
在使用一些手段后,得到運行時間,可以很清晰的看出差別,在我的機器上,i5-4CPU,得到的結果是后者比前者慢大概十五倍。 從某一些方向上證明了,volatile的一些作用,比如調試的時候,或者一些特殊用途。涉足不多,故不記錄。
變量說明
extern 用于將不同文件的,帶有外部鏈接性的變量引用到本文件中。所謂外部鏈接性就是可以被除本文件外的其他文件"看見"的變量,如全局變量,使用方法:
/* 以下為一個工程內可見 */ /*file1.c*/ int glo_show;//對于該全局變量來說,它們在聲明時無初始化,則默認初始為0 int glo_print = 10;//聲明定義完成后,自動分配內存以存儲信息 ... /* file2.c */ extern glo_print; //僅僅是引用名字,并不會額外分配空間 //所以,只需要寫正確變量名字即可,后方的初始化無須完全 //因為變量的初始化定義只能有一次。 void print() { printf("The Globle Value is %d /n", glo_print); }
auto 可以姑且忽略,因為沒有什么實際意義。
變量獲取
格式化輸入輸出在C語言的初學中使用的比較頻繁,但是到后期會發現,由于I/O操作過于消耗資源,換句話來說就是會極大影響程序的執行效率,會漸漸的在發行版程序中消除。
常見格式化輸入標準函數: sacnf, fscanf, sscanf
對于常見的使用不贅述,有兩種比較不常見的格式:`%[]` 和 `%*`,
前者是用于限制讀取類型,常見于字符串的過濾(不是真正的過濾)
scanf("%d %[a-z]", &tmp, str); scanf("%d %[^i]", &tmp, str); scanf("%d %[^,]", &tmp, str);
假設輸入的是:22 hello,string to me!
讀取到的分別為:22 hello 和 22 hello,str 和 22 hello
后者則是忽略第一個輸入:
scanf("%*d %d", &tmp);
假設輸入的是:22 33
讀取到的則是:33
其中開頭的%*d忽略的輸入,必須和其類型匹配,例如輸入:string 33則會讀取失敗。
也可以將其解讀為文件寬度,例如在使用printf格式化輸出的時候:
char str[10] = "dir"; printf("%*s%s",4 ,"" , str); /* 輸出: dir */ 四個空白占位
但是實際上scanf并不太好用,所謂的好用指的是功能上以及設計上的缺陷,總是讓很多人摸不著頭腦的出了錯,往往很難調試。例如它會將每一行輸入的/n保留在輸入流里面,這個缺陷導致如果不明所以得人將其與其他的輸入函數,例如fgets或者gets配合會出現差錯。
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