程序設計基礎課件第03章 數(shù)據(jù)的存儲表示

v程序設計基礎——從問題到程序（第3版）

第3章數(shù)據(jù)的存儲表示基本數(shù)據(jù)類型

常量

變量

存儲數(shù)據(jù)的載體

程序設計的首要問題是數(shù)據(jù)表示（即數(shù)據(jù)的存儲表示），其主要任務是將待處理的數(shù)據(jù)存儲在計算機的存儲器（內(nèi)存）中——馮·諾依曼體系結(jié)構的特點。本章基本內(nèi)容【問題】給定圓的半徑，求圓的面積。算法需要處理哪些數(shù)據(jù)——常量π、常量2、變量radius和變量area，這些數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)如何存儲呢？【引例3.1】計算圓的面積1.給定半徑值radius;2.根據(jù)式3.1計算圓的面積area;3.輸出area;【算法】設變量radius存儲（表示）圓的半徑，變量area存儲（表示）圓的面積。

【想法】設圓的半徑為radius，圓的面積為area，則根據(jù)下式求圓的面積：area=π×radius2（式3.1）【程序】如何編程實現(xiàn)呢？②首先考慮數(shù)據(jù)表示?、偎惴ㄅc程序設計語言無關！【程序】定義符號常量表示π，定義int型變量radius和area分別存儲圓的半徑和面積#include<stdio.h>#definePI3.14

/*定義符號常量PI*/

intmain(){intradius;

/*定義radius為整型變量，存儲半徑*/doublearea;

/*定義area為實型變量，存儲圓的面積*/radius=10;

/*給變量radius賦值*/area=PI*radius*radius;

/*給變量area賦值*/printf(“radius=%d,area=%6.2f\n”,radius,area);

/*輸出結(jié)果*/return0;}程序中涉及到新的語法？【引例3.1】計算圓的面積

計數(shù)方法：當某一位的值達到某個固定量時，就要向高位產(chǎn)生進位。不同的進制以基數(shù)來區(qū)分，若以r代表基數(shù)，則：

r=10為十進制，可使用0,1,2,…,9共10個數(shù)碼；r=2為二進制，可使用0,1共2個數(shù)碼；r=8為八進制，可使用0,1,2,…,7共8個數(shù)碼；r=16為十六進制，可使用0,1,2,…,9,A,B,C,D,E,F共16個數(shù)碼。3.1存儲數(shù)據(jù)的載體進位計數(shù)制（簡稱進制）r進制數(shù)通常寫作(an…a1a0.a-1…a-m)r，例如：(1101)2，(689.12)10

位權值計數(shù)：每個位置對應一個位權值。對于r進制數(shù)(an…a1a0.a-1…a-m)r，小數(shù)點左面的位權值依次為r0,r1,…,rn，小數(shù)點右面的位權值依次為r-1,…,r-m。每個位置上的數(shù)碼所表示的數(shù)值等于該數(shù)碼乘以該位置的位權值。(198.63)10＝1×102+9×101+8×100+6×10-1+3×10-2(1101.11)2＝1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+2×2-2進位計數(shù)制（簡稱進制）3.1存儲數(shù)據(jù)的載體1.二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)：將二進制數(shù)按位權值展開然后求和。二進制數(shù)與十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換例3.1將二進制數(shù)1101.11轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。解：1101.11=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2=13.75則：(1101.11)2=(13.75)102.十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)：除基取余，逆序排列。十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)：乘基取整，正序排列。3.1存儲數(shù)據(jù)的載體例3.2將十進制數(shù)46.375轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。解：除數(shù)商余數(shù)

4623

02311

1115

152

121

010

1逆序排列

乘數(shù)積整數(shù)0.3750.75

00.751.5

10.51.0

1正序排列則：(46.375)10=(101110.011)23.1存儲數(shù)據(jù)的載體計算機的工作是在程序控制下進行的，其過程是連續(xù)不斷地從內(nèi)存中取出指令予以分析和執(zhí)行，從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)進行處理再存儲到內(nèi)存中。中央處理器CPU讀取指令和數(shù)據(jù)

執(zhí)行指令，存儲結(jié)果內(nèi)

存學習程序設計的一個關鍵是要深刻理解內(nèi)存計算機的工作過程3.1存儲數(shù)據(jù)的載體

內(nèi)存儲器的最小存儲單位是位（bit），每個位可以存儲一位二進制數(shù)。

存儲單元是可管理的最小存儲單位，典型的存儲單元是一個字節(jié)（Byte）。每個存儲單元的編號稱為地址，地址一般從0開始連續(xù)編號——線性編址。地址存儲單元存儲單元的信息1110001110001101101010101110100000110010FFFFFFFE000200010000……內(nèi)存儲器任意時刻存儲單元的內(nèi)容都不會是空的！一定是0和1的編碼！3.1存儲數(shù)據(jù)的載體訪問（存取）：讀出/寫入信息，對存儲器的正確訪問需要兩個條件：（1）存儲單元的起始地址；（2）所占存儲單元的個數(shù)。000000000000100000101000000010000010100000001000十進制數(shù)1024800000000000010000010100000001000十進制數(shù)534536起始地址地址增加方向內(nèi)存儲器3.1存儲數(shù)據(jù)的載體

數(shù)據(jù)通常以某種特定形式（整數(shù)、實數(shù)、字符串）存在，不同形式的數(shù)據(jù)其處理規(guī)則不同。高級程序設計語言根據(jù)數(shù)據(jù)對象的不同使用規(guī)則，在二進制形式存儲的基礎上引入了整型、實型、字符型、邏輯型等基本數(shù)據(jù)類型?；乇芰舜鎯ζ鞯母拍睿ǘM制、字節(jié)、存儲單元、地址等）

…010101111101011110000110111001…程序基本數(shù)據(jù)類型：整型、實型、字符型、邏輯型3.2

基本數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型——回避存儲器C語言中，整型數(shù)據(jù)的基本類型說明符是int（integer的簡寫）。1.存儲格式：在微型計算機中，整型數(shù)據(jù)的存儲格式一般采用補碼表示。

0011000000111001符號12345的補碼高字節(jié)

低字節(jié)

1100111111000111符號-12345的補碼高字節(jié)

低字節(jié)存儲高地址低地址00110000001110013.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——整型存儲1100111111000111高地址低地址例3.4

X=+1000101，則[X]補=01000101X=-1000101，則[X]補=10111010+1=10111011[X]補=01000101，則X=+1000101[X]補=10111011，則X=10111011-1=10111010=-1000101

補碼表示法的編碼規(guī)則：采用1位二進制表示整數(shù)的符號（稱為符號位），正數(shù)的補碼其符號位為0，其余各位與數(shù)的絕對值相同，負數(shù)的補碼其符號位為1，其余各位是數(shù)的絕對值取反然后在最末位加1。3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——整型2.取值范圍：抽象地講，整型數(shù)據(jù)的值域是全體整數(shù)，但計算機內(nèi)存和其他硬件設備只能存儲和操作一定量的數(shù)據(jù)，因此，每種計算機能表示的整數(shù)都在某一范圍之內(nèi)。位串01110110010101000011001000010000數(shù)值76543210位串111111101101110010111010100111000數(shù)值-1-2-3-4-5-6-7-88位二進制數(shù)表示的整數(shù)集合是多少？16位呢？32位呢？3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——整型例如，4位二進制數(shù)表示的整數(shù)集合如下：C語言根據(jù)取值范圍的不同，將整型數(shù)據(jù)進一步分為基本整型（int）、短整型（修飾符short）和長整型（修飾符long）。類型名類型說明符二進制位數(shù)取值范圍基本整型int16-32768～32767即-215～（215-1）短整型shortint16-32768～32767即-215～（215-1）長整型longint32-2147483648～2147483647即-231～（231-1）3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——整型C標準沒有規(guī)定int型數(shù)據(jù)的位數(shù)，只是要求short的位數(shù)不大于int的位數(shù)，long的位數(shù)不大于int的位數(shù)，這部分由實現(xiàn)定義(a)有符號最大正整數(shù)32767(b)無符號最大正整數(shù)655350111111111111111符號位1111111111111111數(shù)據(jù)位無符號整型unsignedint160～65535即0～216-1無符號短整型unsignedshortint160～65535即0～216-1無符號長整型unsignedlongint320～4294967295即0～(232-1)類型名類型說明符二進制位數(shù)取值范圍無符號整數(shù)主要用于系統(tǒng)編程和低級、與機器相關的編程。一般情況下，將整數(shù)定義為有符號整數(shù)，通常是int型。3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——整型3.運算集合：可以進行基本的算術運算（加、減、乘、除、求余）和邏輯運算（關系運算、與、或、非等邏輯運算）。

例3.7假設整數(shù)用1個字節(jié)表示，計算68＋61的值。解：68＝+1000100[68]補＝0100010061＝+0111101[61]補＝00111101

01000100[68]補

+

00111101[61]補

10000001[-127]補由于整型數(shù)據(jù)能夠表示的整數(shù)是有限的，如果運算的結(jié)果超過了系統(tǒng)能夠表示的整數(shù)范圍，這種錯誤現(xiàn)象稱為溢出。3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——整型

實型數(shù)據(jù)在計算機中一般采用浮點形式存儲，C語言提供了兩種浮點數(shù)格式：單精度（float）和雙精度（double）。1.存儲格式：浮點表示法，階碼&尾數(shù)。an…a1a0.

a-1…a-m尾數(shù)（有效數(shù)字）階碼（小數(shù)點位置）階符

尾符

假想小數(shù)點階碼

尾數(shù)存儲3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——實型（浮點型）例3.6假設某編譯系統(tǒng)的float型數(shù)據(jù)占32位二進制，其中24位表示尾數(shù)，8位表示階碼，給出68.625在內(nèi)存中的存放形式。解：(68.625)10＝(1000100.101)2＝(0.1000100101×2111)第4字節(jié)

第3字節(jié)

第2字節(jié)

第1字節(jié)存儲00000111010001001010000000000000高地址低地址0

0000111

0

10001001010000000000000階符階碼111

尾符尾數(shù)0.1000100101

3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——實型（浮點型）2.取值范圍：根據(jù)IEEE標準，float型數(shù)據(jù)占32位，其中尾數(shù)占24位，階碼占8位，而double型數(shù)據(jù)占64位，其中尾數(shù)占52位，階碼占12位。類型名類型說明符二進制位數(shù)取值范圍精度單精度浮點型float323.4×10-38～3.4×10388位有效數(shù)字雙精度浮點型double641.79×10-308～1.79×1030816位有效數(shù)字3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——實型（浮點型）3.運算集合：基本的算術運算（加、減、乘、除），需要注意精度和溢出問題，要保證運算結(jié)果在系統(tǒng)能夠表示的實數(shù)范圍。實型數(shù)據(jù)一般不進行關系運算和邏輯運算。1.存儲格式：微型計算機一般采用ASCII碼。在C語言中，字符型的類型說明符是char，char型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中需要一個字節(jié)。存儲01100001a的ASCII碼為972.取值范圍：由實現(xiàn)定義，大多數(shù)編譯系統(tǒng)將字符型數(shù)據(jù)作為無符號整數(shù)，則char型數(shù)據(jù)的取值范圍是ASCII碼值為0～255對應的字符。3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——字符型3.運算集合：不同的程序設計語言為字符型數(shù)據(jù)提供的運算集合不同。在C語言中，由于字符存儲的是其ASCII碼，因此具有數(shù)值特征，可以像整數(shù)一樣參加數(shù)值運算，此時，相當于對字符的ASCII碼進行運算。但是，對兩個字符型數(shù)據(jù)執(zhí)行加、乘和除等算術運算沒有實際意義。幾個有用的運算：假設ch是小寫字母，則ch

-

32是對應的大寫字母；假設ch是大寫字母，則ch+32是對應的小寫字母；假設ch是數(shù)字字符，則ch–'0'是對應的數(shù)值；假設整型變量ch的值是0～9，則ch+'0'是對應的數(shù)字字符。3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——字符型1.存儲格式：不同的程序設計語言對邏輯型數(shù)據(jù)的表示有所不同，同一程序設計語言的不同編譯器對邏輯型數(shù)據(jù)的表示有所不同，甚至同一編譯器的不同版本對邏輯型數(shù)據(jù)的表示也有所不同。2.取值范圍：該類型的數(shù)據(jù)只有兩個可能的取值：真和假。3.運算集合：可以進行邏輯運算，C語言中將整型作為邏輯型，因此，邏輯型數(shù)據(jù)也可以進行算術運算。3.2

基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型——邏輯型（布爾型）例如：

(5>3)+(3+7<5)的值是1。

常量：在程序的運行過程中其值不能被改變的量，即不接受程序修改的固定值，例如程序中的具體數(shù)字、字符等。程序設計語言中一般提供兩種類型的常量：1.字面常量：常量本身的字面意義就是它所代表的常量值。

2.符號常量：用標識符來代表常量，為字面常量起個名字。什么是常量？常數(shù)

數(shù)據(jù)處理中都有哪些常數(shù)呢？3.3常量整型常量（如123，默認為int型）實型常量（如3.14，默認為double型）為什么程序設計語言中的常量要區(qū)分數(shù)據(jù)類型？3.3常量字面常量常量數(shù)值型常量字符型常量字符常量（如'a'）字符串常量（如"abc"）1.整型常量。一般用來表示數(shù)學中的整數(shù)。示例進制合法的整型常量表示不合法的整型常量表示十進制123（十進制整數(shù)123）0123（不能有前導0）-123（十進制整數(shù)-123）12A（不能含有非十進制數(shù)碼）+123（十進制整數(shù)123）-123,456（不能含有逗號）3.3常量字面常量默認情況下，如果整型常量屬于int型的取值范圍，則編譯器將其作為基本整型來處理，否則作為長整型處理。為了強制編譯器把常量作為長整型處理，需要在常量后面加上字母L（或l），例如123L。

1.整型常量。一般用來表示數(shù)學中的整數(shù)。示例進制合法的整型常量表示不合法的整型常量表示八進制0123（十進制整數(shù)83）123（無前導0）-0123（十進制整數(shù)-83）087（不能含有非八進制數(shù)碼）+0123（十進制整數(shù)83）O123（前導不能是字母O或o）十六進制0x123（十進制整數(shù)291）0x9G7（不能含有非十六進制數(shù)碼）0x9F（十進制整數(shù)159）5A（無前導0x或0X）-0X1AF0（十進制整數(shù)-6896）OX12A（前導不能是字母O或o）為什么要表示八進制數(shù)和十六進制數(shù)？3.3常量字面常量十進制10八進制012十六進制0xA存儲0000000000001010高地址低地址符號

10的補碼

0000000000001010高字節(jié)

低字節(jié)補碼不同進制的表現(xiàn)形式對應的同一個二進制存儲。3.3常量字面常量1.整型常量。一般用來表示數(shù)學中的整數(shù)。2.

實型常量。一般采用十進制，有小數(shù)形式和指數(shù)形式。

示例形式合法的實型常量表示不合法的實型常量表示小數(shù)形式12.3，12.0，0.12.3(小數(shù)點前沒有數(shù)字)-12.0，-0.123.(小數(shù)點后沒有數(shù)字)指數(shù)形式1E2，12.3E5，12.3E-51.2E1.5(E之后是小數(shù))-12.3E5，-12.3E-5E5(E之前沒有數(shù)字)3.3常量字面常量

默認情況下，實型常量以雙精度double型存儲，為了強制編譯器以單精度float型存儲實型常量，需要在常量后面加上字母F（或f），例如0.12F。3.字符常量。通常指的是單個字符，在C語言中用單引號將單個字符括起來，例如'a'、'b'、'c'。'abc'，'''，'"'，'王'×如何表示’、”、/

等特殊意義的符號？如何表示不可見字符（例如換行符）？3.3常量字面常量轉(zhuǎn)義字符：用于描述不可見字符或特殊字符，以反斜線“\”開頭，其含義是將反斜線后面的字符轉(zhuǎn)換成另外的含義。轉(zhuǎn)義字符含義轉(zhuǎn)義字符含義\a\b\f\n\r\t\v響鈴（BEL）退格換頁換行回車水平跳格（tab）垂直跳格\\\?\'\"\0\ddd\xhh反斜杠問號單引號雙引號空字符（NULL）1～3位八進制數(shù)所代表的字符1～2位十六進制數(shù)所代表的字符為什么八進制數(shù)是三位，而十六進制數(shù)是兩位？3.3常量字面常量4.字符串常量（簡稱串）。通常指的是字符序列，在C語言中用雙引號將字符序列括起來，如"abc"、"ghj"。

C語言對字符串的存儲方式為：串中的每個字符（轉(zhuǎn)義字符被看成是一個字符）以ASCII碼值的二進制形式連續(xù)存儲，并在最后一個字符的后面存放一個終結(jié)符'\0'（ASCII碼值為0）。

Thisisastring\001100001字符'a'的存儲方式：a的ASCII碼為97a的ASCII碼為97\0的ASCII碼為00110000100000000字符串"a"的存儲方式：3.3常量字面常量在C語言中，定義一個符號常量需要使用預處理指令#define?！菊Z法】用#define定義符號常量的一般形式為：

其中，#define是預處理指令，因此，行尾不能有分號；符號常量是一個標識符；常量值可以是一個字面常量，也可以是一個表達式?！菊Z義】將符號常量的值定義為常量值，在對程序進行預處理時，預處理器把每一個符號常量用其表示的常量值進行替換。#define符號常量常量值行尾沒有分號3.3常量符號常量3.3常量符號常量#definePI3.14area=PI*radius*radius;area=3.14*radius*radius;定義符號常量：程序中的語句：預處理后：#definePI3.14;area=PI*radius*radius;area=3.14;*radius*radius;定義符號常量：程序中的語句：預處理后：×預處理不進行語法檢查新的C標準提倡采用const定義符號常量?！菊Z法】用const定義符號常量的一般形式如下：

其中，類型名是任意合法的數(shù)據(jù)類型，包括基本數(shù)據(jù)類型和自定義數(shù)據(jù)類型；符號常量是一個標識符；常量值可以是一個字面常量，也可以是一個表達式，但是其值的數(shù)據(jù)類型必須與類型名兼容；const是一條語句，因此要以分號結(jié)尾?！菊Z義】定義一個符號常量并指定常量值。const類型名符號常量=常量值;以分號結(jié)尾3.3常量符號常量使用符號常量有如下好處：1.程序的可讀性好——見名知意。2.程序的可修改性好——改一處避免處處改。3.避免誤操作——采用統(tǒng)一值。3.3常量#definePI3.14constdoublePI=3.14;符號常量為什么要定義符號常量呢？

大多數(shù)程序在執(zhí)行時都需要從外界接收一些輸入，在得到結(jié)果之前往往需要執(zhí)行一系列運算，產(chǎn)生一些中間結(jié)果。因此，在程序的執(zhí)行過程中需要用存儲單元來存儲這些數(shù)據(jù)，這類存儲單元就是變量。

變量代表內(nèi)存中存儲某類數(shù)據(jù)的存儲單元，對變量進行的運算處理，實質(zhì)上就是對該存儲單元中的數(shù)據(jù)進行運算處理。深刻理解變量是編寫程序的重要基礎！3.4變量變量的概念變量具有如下屬性:1.地址（起始地址）：變量所在存儲單元的編號；2.變量名：變量所在存儲單元的助記符；3.變量值：存儲在相應存儲單元中的數(shù)據(jù)，即該變量的值；4.類型：變量所屬的數(shù)據(jù)類型。地址變量名類型

變量所占存儲單元變量值F003F000radius10在程序中對變量進行存取操作，實際上是通過變量名找到相應的存儲地址，將數(shù)據(jù)存入該存儲單元，或從該存儲單元中讀取數(shù)據(jù)。3.4變量變量的概念【語法】變量定義的一般形式如下：

其中，類型說明符必須是有效的數(shù)據(jù)類型，包括基本數(shù)據(jù)類型和自定義數(shù)據(jù)類型；變量名列表是一個變量名或由逗號分隔的多個變量名；最后用分號表示結(jié)束變量定義?！菊Z義】將變量名列表的各個變量定義為類型說明符的類型，編譯器為各變量分配相應的存儲單元。類型說明符變量名列表;以分號結(jié)尾3.4變量變量的定義和初始化在變量定義中引進變量并規(guī)定該變量的屬性。定義變量后編譯器會給該變量分配一塊存儲空間，但是從程序開始執(zhí)行到給變量賦值之前，該變量沒有確定值，這時稱該變量為“值無定義的”，嚴格來說，該變量的值是一個隨機數(shù)。intradius,area;floatlength,width;radiusarealengthwidth隨機數(shù)隨機數(shù)隨機數(shù)隨機數(shù)3.4變量變量的定義和初始化本書中變量的命名方法？變量的初始化：在定義變量的同時為其賦初值，使該變量成為“值有定義的”?！菊Z法】變量初始化的一般形式如下：

其中，類