1、第第2章章 数数 据据 类类 型型2.1 数据类型的定义与分类2.2 基本数据类型2.3 构造数据类型2.4 空类型2.5 常见错误2.6 综合实例习题2实验2 2.1 数据类型的定义与分类数据类型的定义与分类把一组性质相同的数据归为一类，就叫一种数据类型。在C语言程序中，为了便于进行数据的操作，C语言语法要求每个数据必须具有某种类型。以int型为例，在16位机(为什么会提到16位机后面会解释)中它的取值范围是-3276832767之间，可用的运算符集合为加、减、乘、除、取模运算(即+、-、*、/、%)。1.数据类型的分类数据类型的分类在语言中，数据类型可分为基本数据类型、构造数据类型、指针类
2、型、空类型四大类。其中：基本数据类型最主要的特点是，其值不可以再分解为其他类型。也就是说，基本数据类型是自我说明的。构造数据类型是根据已定义的一个或多个数据类型，用构造的方法来定义的。也就是说，一个构造类型的值可以分解成若干个“成员”或“元素”。每个“成员”都是一个基本数据类型或又是一个构造类型。在C语言中，构造类型有数组类型、结构体类型和共用体(联合)类型。指针类型是一种特殊的具有重要作用的数据类型。其值用来表示某个变量在内存储器中的地址。虽然指针变量的取值类似于整型量，但这是两个类型完全不同的量，因此不能混为一谈。指针类型在第3章中详细讲解。在调用函数时，通常应向调用者返回一个函数值。这个
3、返回的函数值是具有一定类型的，应在函数定义及函数说明中给予说明。例如在函数头int max(int a，int b)；中，“int”类型说明符即表示该函数的返回值为整型量。又如在使用库函数sin时，由于系统规定其函数返回值为双精度浮点型，因此在赋值语句s=sin(x);中，s也必须是双精度浮点型，以便与sin函数的返回值一致。所以在说明部分，把s说明为双精度浮点型。但是，也有一类函数，调用后并不需要向调用者返回函数值，这种函数可以定义为“空类型”，其类型说明符为void。2.数据类型与变量的关系数据类型与变量的关系对于每一种类型的变量，都为其定义了一定大小(由类型决定)的内存空间。例如，若变量
4、a是整型，则用变量定义语句int a；定义后，系统为其分配整型类型的空间，即2个或4个字节。数据类型只是规格，变量定义才分配空间。2.2 基本数据类型基本数据类型对于基本数据类型，按其取值是否可改变又分为常量和变量两种类型。在程序执行过程中，其值不发生改变的量称为常量，其值可变的量称为变量。在程序中，常量是可以不经说明而直接引用的，而变量则必须先定义后使用。C语言中有以下几个基本数据类型：char(字符型)、int(整型)、float(单精度浮点型)和double(双精度浮点型)。另外，还有4个修饰词可以出现在上面几个基本类型之前，从而改变原来的含义，它们是short(短型)、long(长型)
5、、signed(有符号)和unsigned(无符号)。例如：short int表示短整型；unsigned char 表示无符号字符型；long int 表示长整型；unsigned short int 表示无符号短整型。各种无符号类型量所占的内存空间字节数与相应的有符号类型量相同，但由于省去了符号位，故不能表示负数。数据的长度和取值范围随着CPU类型(16位、32位或64位等)和C编译器的不同而不同。表2.1列出了16位机与32位机中的基本数据类型及其所占字节数。表2.2列出了在不同实现环境下的基本数据类型及其所占字节数。表表2.1 16位与位与32位机中的基本数据类型及其所占字节数位机中的
6、基本数据类型及其所占字节数表表2.2 不同实现环境下的基本数据类型及其所占字节数不同实现环境下的基本数据类型及其所占字节数下面讨论变量在内存中的存放形式，以进一步了解基本数据类型。1.整型整型数值在内存中是以补码的形式存放的，正数的补码和原码相同；负数的补码为将该数的绝对值的二进制形式按位取反再加1。因此，若有int a=10，b=-10，则a、b在内存中的存放形式如下：【程序程序2.1】分析下面程序的结果。main()int a=-12,b=2;unsigned u=10;printf(a+u=%d,%un,a+u,a+u);printf(b+u=%d,%un,b+u,b+u);在TC环境下
7、的运行结果：a+u=-2,65534b+u=12,12在VC环境下的运行结果：a+u=-2,4294967294b+u=12,12【程序程序2.2】分析下面程序的结果。main()int a,b;short c,d;a=2147483647;b=a+1;c=32767;d=c+1;printf(a=%d,b=%d,c=%d,d=%d,a,b,c,d);在TC环境下的运行结果：a=-1,b=0,c=32767,d=-32768在VC环境下的运行结果：a=2147483647,b=-2147483648,c=32767,d=-32768通过上述例子可以看出，当变量的值超出它所允许的范围时，其值会变
8、得不准确。因此在定义变量时，一定要注意该变量类型所允许的取值范围。思考：为什么在不同的环境下执行会有不同的结果？2.实型实型实型分单精度型与双精度型。单精度型占4个字节的内存空间，提供67位有效数字；双精度型占8个字节的内存空间，提供1516位有效数字；long double占16个字节，提供1819位有效数字。实型数据的格式如下：其中，阶符与数符均占一位，阶码和尾数部分的长度与计算机系统采用定点数还是浮点数表示有关系，在此不予详细讨论。【程序程序2.3】分析下面程序的结果。#include main()float e=-563246658.123456789;double f=7895306
9、562678441359.143256234154613256;long double g=-100000000000.22222222222222222222222;printf(the type of this variable is float.(%6f)n,e);printf(the type of this variable is double.(%14f)n,f);printf(the type of this variable is longdouble.(%18f)n,g);提到实型，有很多读者可能遇到这种问题：float f=3.1;printf(%f,f);输出可能是3.0
10、999999。其原因是：实型数据也是用二进制来表示的。在十进制下，0.1是个简单、精确的小数，但是用二进制表示起来却是个循环小数0.0001100110011。所以3.1在十进制下可以准确地表达，而在二进制下不能。因此，在对一些二进制中无法精确表示的小数进行赋值或读入再输出，也就是将十进制数转成二进制数再转回十进制数时，会观察到数值的不一致。这是由编译器的二进制/十进制转换例程的精确度引起的。同样，比较两个实型数的最好方法是利用阈值，而不要直接作比较。这个阈值和作比较的浮点数值大小有关。例如，不要用下面的代码：double a,b;if(a=b)/*错！*/要用类似下面的方法：#include
11、 if(fabs(a-b)成员名(*结构体指针).成员名 /*不常用*/【程序程序2.5】结构体变量的使用。struct date int year;int month;int day;struct teacher int num;char name20;char sex;struct date birth;main()struct teacher t1,*pt=&t1;t1.num=2007;strcpy(t1.name,liu jing);t1.sex=f;t1.birth.year=1980;t1.birth.month=5;t1.birth.day=3;printf(nnum=%dnn
12、ame=%snsex=%cnbirth=%d-%d-%d,pt-num,pt-name,pt-sex,pt-birth.year,pt-birth.month,pt-birth.day);【程序程序2.6】输入一组学生的信息，用子函数计算学生的平均成绩，并统计不及格学生人数。#define N 3struct student int number;char name20;float score;void average(struct student s,int n)float temp=0;int count=0,i;for(i=0;in;i+)temp+=si.score;if(si.sco
13、re60)count+;printf(Average score=%fn fail stus=%d,temp/n,count);main()struct student stuN;int i;for(i=0;iN;i+)scanf(%d%s%f,&stui.number,stui.name,&stui.score);average(stu,N);该程序在输入时会产生以下错误：scanf:floating point formats not linkedAbnormal program termination其原因是：TC是在20世纪80年代在DOS下开发的，当时存储资源紧缺，因此TC编译器在编
14、译时尽量不加入无关部分。TC编译器在没发现需要做浮点转换时，就不将这个部分安装到可执行程序里，而实际上确实需要浮点转换，因此就会出现以上错误。解决方法：设法告诉TC编译器需要做浮点数输入转换。实现时有两种方法：(1)在主函数中加入float arg,*point=&arg;，这样就连接了浮点库。(2)采用“偷梁换柱”的方法，即在输入时用一个实型变量替换，再将该实型变量的值赋值给结构体变量中的实型成员。程序2.7是用第二种方法实现的。【程序程序2.7】程序2.6的main函数改为：main()struct student stuN;int i;float f;for(i=0;iN;i+)scan
15、f(%d%s%f,&stui.number,stui.name,&f);stui.score=f;average(stu,N);2.3.2 共用体共用体共用体也叫联合，与结构体类似，也是将一些不同类型的数据组织在一起而形成的一种数据类型。但共用体只为其中最大的成员分配足够的内存空间，其他成员变量共享这段内存。因此，在某一时刻只能存放一个成员，而不能同时存放几个成员。所以在使用共用体变量时，要注意起作用的成员是最后一次存入的成员，其他成员的值已被覆盖掉。换句话说，共用体变量在对一个成员变量赋值后，原来的成员因被覆盖而失去作用。共用体与结构体类型唯一不同的是：对于结构体变量，每个成员变量有其独立的
16、内存储空间，对某个成员变量的操作不影响其他成员变量的值；对于共用体变量，所有成员共享一个空间，每次只有一个成员的值有效。例如：struct STestint num;char c;float f;stag;union UTestint num;char c;float f;utag;假设内存起始地址为1000，stag与utag的内存结构如图2.1所示。图2.1 共同体与结构体变量的内存结构【程序程序2.8】分析下面程序的执行结果。union int a;char ch2;test;main()test.ch0=1;test.ch1=2;printf(%d,test.a);程序执行结果：513
17、使用共用体，一方面可以节省空间，一方面可以构造混合类型的数据结构。1.使用共用体节省空间使用共用体节省空间假设要设计一个可以同时存储学生和老师信息的数据结构，老师和学生的信息如下：老师信息：职工号，姓名，年龄，工资；学生信息：学号，姓名，年龄，班级。如果采用结构体，则应该如下定义：struct tableint number;char name10;int age;double salary;int class;前3项成员教师和学生都能使用，但如果存储教师信息，则class无用；如果存储学生信息，则salary无用，造成空间浪费。因此，合理的结构应该是这样：struct tableint nu
18、mber;char name10;int age;union double salary;int class;class_salary;2.使用共用体构造混合型数据结构使用共用体构造混合型数据结构数组要求元素类型必须相同，所以，如果想创建一个既能存储整型，也能存储浮点型的数组就需要借助共用体。定义一个如下的共用体：union type int i;float f;union type array10;/*定义共用体数组*/array0.i=10;/*数组的0号单元存储整数*/array1.f=10.1;/*数组的1号单元存储浮点数*/2.3.3 typedef的使用的使用1.基本概念基本概念关
19、键字typedef可以用来建立已定义好的数据类型的别名。例如:typedef int INTEGER;typedef float REAL;以上定义给已有数据类型int起别名为INTEGER，给float起别名为REAL。根据上述定义，以下两行等价：int i,j;float a,b;INTEGER i,j;REALa,b;2.典型用途典型用途(1)便于程序的移植。假定有两种类型的机器，A型号机器上的int类型占4个字节，B型号机器上的int占2个字节，long占4个字节。我们编写了一个程序，在A型号的机器上运行正确，但如果将程序直接移植到B机器上，由于B机器上int类型只占2个字节，可能会导
20、致程序运行失败。此时，需要将程序中所有int改为long，工作量很大。如果我们在程序中有如下定义：typedef int INTEGER;那么，在使用到int的地方，都要用INTEGER代替。如果在B机器上运行程序，只需要将上面那条语句改为：typedef long INTEGER;即可保证程序的正确运行，使程序具有很好的可移植性。(2)使程序更加清晰。例如定义size_t数据类型，专用于内存字节计数：typedef unsigned int size_tsize_t size;/*变量size用于内存字节计数*/或定义COUNT数据类型，专用于计数：typedef int COUNTCOUN
21、T i,j;(3)书写简单。例如定义：typedef struct card Card;以后就可以直接使用Card来代替struct card定义结构体类型的变量了。通常使用以下形式定义：typedef struct card char*face;char*suit;Card;/*Card不是结构体变量，而是结构体的别名*/一般为了强调用typedef定义的类型名是其他类型名的别名，建议以大写字母开头的形式书写用typedef 定义的类型名。定义好Card后，就可以用它来声明变量了。语句Card deck52;与语句struct card deck52;是等价的，声明了一个有52个元素的Car
22、d结构(即struct card类型)的数组。注意：用typedef建立一个新的名字实际上并没有建立一个新的类型，而只是建立了一个用作现有类型名别名的新的类型名而已。有意义的名字可以提高程序的可读性。例如：在读到上面的声明语句时，我们可以知道“deck是有52张牌(Card)的数组”。2.4 空空 类类 型型空类型即void类型，void*则为“无类型指针”。void几乎只有“注释”和限制程序的作用，因为从来没有人会定义一个void变量。如果定义：void a;编译这行语句时会出错，提示“illegal use of type void”。void真正的作用在于：(1)对函数返回的限定，该函数
23、没有返回值。(2)对函数参数的限定，该函数没有参数。众所周知，如果指针p1和p2的类型相同，那么我们可以直接在p1和p2间互相赋值；如果p1和p2指向不同的数据类型，则必须使用强制类型转换运算符把赋值运算符右边的指针类型转换为左边的指针类型。例如：float*p1;int*p2;p1=p2;其中p1=p2语句编译时会出错，提示“=:cannot convert from int*to float*”，所以必须改为：p1=(float*)p2;而void*则不同，任何类型的指针都可以直接赋值给它，无需进行强制类型转换，例如：void*p1;int*p2;p1=p2;编译时不会出错，但这并不意味着
24、void*也可以无需强制类型转换地赋给其他类型的指针，因为“无类型”可以包容“有类型”，而“有类型”则不能包容“无类型”。下面的语句编译时会出错：void*p1;int*p2;p2=p1;提示“=:cannot convert from void*to int*”。2.5 常常 见见 错错 误误(1)结构体类型定义时缺少分号。如：struct colorint red;int green;int blue;/*在此少了一个分号*/同样的问题也可能会出在定义联合和枚举类型时。(2)把结构名当作变量名。如：struct colorint red;int green;int blue;color.r
25、ed=0;color.green=255;color.blue=0;/*color为结构名称，不是结构体变量*/正确的应该为：struct color c;c.red=0;c.green=255;c.blue=0;(3)定义结构体变量时丢失struct或者只写struct。如：color c1;/*错误*/struct c2;/*错误*/这多少有些受int a;的影响。觉得类型是一个单词。正确的应该为：struct color c1;struct color c2;(4)将结构体定义在某一函数之内，但在其他函数内部却用到了该结构体。如：main()struct color int red;in
26、t green;int blue;int fun()struct color cc;结构体名称也是标识符，有它的作用域。上述例子中，结构体struct color的作用域就是main函数，main函数之外是不可见的。因此，一般将结构体的定义放在程序的开始处，这样对整个源文件都是可见的。(5)结构体变量值的交换。如：结构体变量值的交换。如：struct color c1,c2;int tmp;c1.red=0;c1.green=255;c1.blue=0;c2.red=255;c2.green=0;c2.blue=0;欲交换c1和c2的值，很多初学者就会犯下面的错误(或许不该称为错误，只能说太费
27、事)：tmp=c1.red;c1.red=c2.red;c2.red=tmp;tmp=c1.green;c1.green=c2.green;c2.green=tmp;tmp=c1.blue;c1.blue=c2.blue;c2.blue=tmp;试想想，如果一个结构体中有几十个成员时，需要写多少代码啊。可采用下面的三条语句代替上面的九条语句：tmp=c1;c1=c2;c2=tmp;/*切记此时tmp的类型应为struct color，而不是int*/(6)直接输入结构体。有了(5)的启示，很多读者就认为编译器很聪明，因此又会犯下面的错误：struct color c;scanf(%d%d%d,
28、&c);/*错误*/正确的应该为：struct color c;scanf(“%d%d%d”,&c.red,&c.green,&c.blue);2.6 综综 合合 实实 例例【程序程序2.9】每个城市的信息由城市名(字符串)和位置坐标组成(x,y)。设计实现一程序，从键盘输入各城市信息，并按城市名字非递减排序后输出。#include#include#define N 5 /*城市个数*/typedef struct positionint x;int y;Pos;typedef struct city char name20;Pos loc;City;void sortByName(City
29、cy);main()int i;City chinaCityN;/*输入各城市信息*/for(i=0;iN;i+)printf(Enter%d city infor:n,i);scanf(%s%d%d,chinaCityi.name,&chinaCityi.loc.x,&chinaCityi.loc.y);sortByName(chinaCity);/*按城市名非递减排序*/*输出排序后的各城市信息*/printf(After sort by name,the city infor is:n);printf(name locationn);for(i=0;iN;i+)printf(%-10s(
30、%d,%d)n,chinaCityi.name,chinaCityi.loc.x,chinaCityi.loc.y);/*采用选择排序算法按城市名非递减排序*/void sortByName(City cy)int i,j,k;City temp;for(i=0;iN-1;i+)k=i;for(j=i+1;jN;j+)if(strcmp(cyj.name,cyk.name)0)k=j;if(k!=i)temp=cyi;cyi=cyk;cyk=temp;读者可在此基础上添加如下功能：输入某个位置信息，查询该位置的城市名称。【程序程序2.10】挖坑发牌程序。挖坑是一种比较流行的游戏，下面我们来模拟
31、一下挖坑的发牌程序。游戏介绍：挖坑是三人游戏，一副牌去掉大小王不用，共52张牌，发牌时每人发16张牌，剩余4张为底牌。最后由三人叫分，谁叫的分多，4张底牌全部归谁。分析：(1)每张扑克牌有两个属性，花色和面值。因此，可采用结构体来实现。其中花色的取值就四种：红桃、黑桃、方块和梅花，可采用枚举来实现。其定义为typedef enumHearts=1,Spade,Diamonds,ClubSuit;/*红桃，黑桃，方块，梅花*/typedef structint rank;/*面值*/Suit suit;/*花色*/Card;(2)回想一下我们现实生活中是如何进行挖坑的：首先需要有一副扑克牌，然后
32、经过洗牌(洗的越均匀越好)，再顺次发给三人。因此需要一个创建扑克牌模块、洗牌模块和发牌模块。程序如下：#include stdio.h#include stdlib.h#define M 52typedef enumHearts=1,Spade,Diamonds,ClubSuit;typedef structint rank;Suit suit;Card;void creat(Card card);/*创建一副扑克牌*/void riffle(Card card);/*洗牌*/void deal(Card card);/*发牌*/main()Card cardM;creat(card);rif
33、fle(card);deal(card);/*创建牌的思路：共52张牌，每个花色共13张牌。因此，将52与13取余的结果+1作为牌的面值，将52与13取整的结果+1作为花色*/void creat(Card card)int i;for(i=0;iM;i+)cardi.rank=i%13+1;cardi.suit=(Suit)(i/13+1);/*将整数值强制转换为枚举类型*/*洗牌的思路是：随机产生两个代表扑克牌位置的整数，将这两个位置的牌交换(两数交换)，若干次后，牌的原有次序被打乱*/void riffle(Card card)int i,rand1,rand2;Card tmp;for
34、(i=0;i1000;i+)rand1=random(M);rand2=random(M);if(rand1!=rand2)tmp=cardrand1;cardrand1=cardrand2;cardrand2=tmp;void deal(Card card)int i,j=0,num,p;/*p为拿最后4张牌的人*/Card person320;/*3个人玩牌，只有一人最多20张牌*/for(i=0;iM-4;i=i+3)/*将洗好的牌依次发给3个人，最后留下4张*/person0j=cardi;person1j=cardi+1;person2j=cardi+2;j+;/*为了简化叫分过程，
35、采用提问方式决定谁要最后的4张牌*/clrscr();/*清屏*/printf(nnFour cards are left,Who want them?(13);scanf(%d,&p);personp-116=cardM-4;personp-117=cardM-3;personp-118=cardM-2;personp-119=cardM-1;/*打印发牌结果*/for(i=0;i3;i+)if(p=i+1)num=20;else num=16;printf(nn*person%d has the%d cards:*n,i+1,num);for(j=0;jnum;j+)switch(pers
36、onij.suit)case Hearts:printf(Hearts,);break;case Spade:printf(Spade,);break;case Diamonds:printf(Diamonds,);break;case Club:printf(Club,);break;switch(personij.rank)case 1:printf(A);break;case 2:case 3:case 4:case 5:case 6:case 7:case 8:case 9:case 10:printf(%d),personij.rank);break;case 11:printf(J
37、);break;case 12:printf(Q);break;case 13:printf(K);break;执行结果为：Four cards are left,Who want them?(13)2*person 1 has the 16 cards:*(Club,5)(Club,3)(Hearts,2)(Hearts,Q)(Hearts,7)(Spade,7)(Spade,J)(Diamonds,J)(Hearts,3)(Club,8)(Diamonds,10)(Spade,8)(Hearts,4)(Diamonds,4)(Spade,6)(Spade,4)*person 2 has t
38、he 20 cards:*(Club,J)(Club,A)(Club,K)(Diamonds,8)(Diamonds,3)(Hearts,A)(Club,6)(Hearts,8)(Spade,A)(Hearts,J)(Diamonds,6)(Diamonds,A)(Spade,5)(Club,7)(Diamonds,9)(Spade,10)(Spade,Q)(Hearts,K)(Club,9)(Diamonds,7)*person 3 has the 16 cards:*(Diamonds,K)(Hearts,9)(Diamonds,Q)(Hearts,5)(Spade,9)(Spade,3)
39、(Spade,2)(Diamonds,2)(Hearts,6)(Diamonds,5)(Club,4)(Club,2)(Hearts,10)(Club,10)(Club,Q)(Spade,K)由于洗牌是随机的，因此每次的执行结果可能不同。感兴趣的读者可以对叫分过程进行改进。习习 题题 21选择题。(1)以下哪种数据类型不属于构造数据类型()。A)结构体 B)共用体 C)数组 D)枚举(2)声明一个结构体变量时，系统分配给它的内存是()。A)结构体第一个成员所需内存B)结构体最后一个成员所需内存C)结构体所有成员所需内存总和D)结构体成员中占内存最大者所需内存(2)声明一个共用体变量时，系统分配
40、给它的内存是()。A)共用体第一个成员所需内存B)共用体最后一个成员所需内存C)共用体所有成员所需内存总和D)共用体成员中占内存最大者所需内存(3)关于枚举，以下说法错误的是()。A)可以在定义枚举类型时对枚举成员进行初始化B)枚举成员表中的成员有先后次序，可以进行比较C)枚举成员的值可以是整数，也可以是字符串D)枚举变量只能取对应枚举成员表中的元素(4)以下选项中不能正确把c定义成结构体变量的是()。A)typedef struct int red,green,blue;COLOR;COLOR c;B)struct color c int red,green,blue;C)struct co
41、lor int red,green,blue;c;D)struct int red,green,blue;c;(5)关于typedef，说法不正确的是()。A)typedef不产生新的数据类型B)typedef可以使得类型名较短，便于记忆 C)typedef定义已有数据类型的别名D)typedef可以用来定义新的数据类型2.问答题。(1)C语言的数据类型分为哪几类？(2)结构体与共用体的区别是什么？(3)typedef的作用是什么？3.阅读下面的程序，写出执行结果。(1)union Test int a4;char ch8;main()union Test t;t.a0=0 x4241;t.a
42、1=0 x4443;t.a2=0 x4645;t.a3=0 x0000;printf(%sn,t.ch);(2)#include stdio.hstruct Testint i;char c;void func(struct Test t)t.i=10;t.c=A;main()struct Test tt=1,B;func(tt);printf(%d-%cn,tt.i,tt.c);(3)struct S char cl;char ch;union U struct S b;short w;u;main()u.w=0 x5f7c;printf(%x,%x,%x,u.b.h,u.b.l,u.w);
43、u.b.l=u.b.l+16;printf(%xn,u.w);实实 验验 21.编写程序，从键盘输入一矩形(用左上角和右下角坐标确定一个矩形)，再输入一点，判断该点在矩形内还是矩形外。(提示：定义点结构体和矩形结构体。)2.设计一个程序，统计一个班(最多有35人)的学生成绩，要求能实现如下四个功能：(1)由键盘输入每个学生的学号和四门课程的成绩。(2)计算每个学生的平均成绩和总成绩。(3)按总成绩从高到低排名，并按名次输出每个学生的情况，包括：学号，各科成绩，平均成绩，总成绩，排名(4)根据要求输出某门课程(由键盘输入课程号)成绩在90分(含90分)以上且总分在前5名的学生情况(请采用结构体数据类型，并采用模块化结构实现)。3.设有一个教师与学生通用的表格，教师数据有姓名、年龄、教研室三项，学生有姓名、年龄、班级三项。编程输入人员数据，再以表格输出(请采用共用体数据类型)。
