（作者：徐诚 http://blog.csdn.net/shizhebsys 保留版权）

C语言程序中用于运算的数据可以分为常量与变量两种基本类型。常量是直接在代码中所出现的数据，运算过程中不能修改常量值。变量是C语言程序在内存中为数据动态划分出的定长存储空间，运算过程中可以修改变量值。为了让读者能够更深入的了解常量与变量的本质，在介绍常量与变量前，我们首先需要认识计算机内部数据存储机制。

3.1.1  内部存储器、寄存器和数据存储形式

在计算机的电路中，用于存放运算数据的设备有内部存储器（内存）和寄存器。内存是主要的存储设备，对应的电路模块称之为内存条。寄存器的容量非常小，但是处于CPU的内部，因此访问速度非常快。

数据以二进制形式存储在内存或寄存器中，最小的存储单位为位（bit），每次可操作的最小存储单位为字节（byte）。例如十进制整数87对应的二进制数为01010111，至少需要1字节的存储空间，在内存中的存储形式如图3.1所示。

图3.1  1字节存储空间模拟图

内存地址用以表示字节单元在内存中的位置，计算机可通过内存地址访问相应的内存单元。由于计算机的结构差异非常大，每次运行程序时内存的状况也不相同，因此存放数据的位置也不一样。在C语言程序中，变量是程序运行时动态划分的内存单元，其本质是某一内存单元在程序中的映射。这样，设计程序时不用考虑数据具体存放的位置，只用变量的名称就可以访问相应的内存地址。变量的声明形式为：

[modifier] type name [= value];

其中，modifier是修饰符，name是变量的名称，value是在声明时为变量赋予的初始值。声明语句结束后，必须使用分号结束一行。

例如为了保存十进制整数87声明了一个字符型变量，变量名为a。该变量规定的长度为1字节，程序运行时，操作系统会为变量a划分出1字节的存储空间，通过名称a可对相应的存储空间进行数据的读或写操作。如下列源代码所示：

#include <stdio.h>                                                   // 包含基本输入输出头文件

int main()                                                                   // 主函数

{

   char a;                                                                           // 声明字符型变量a

   a = 87;                                                                           // 向变量a写入数据

   printf("%d", a);                                                    // 输出变量a的数值到终端

   return 0;                                                               // 退出程序

}

代码运行时，“char a”表达式进行声明操作，要求操作系统为字符型变量a分配内存。假设分配的内存地址为0x30，名称a就可以代表以该地址开始，长度为1字节的存储空间。操作系统会将这一段内存空间保护起来，不会将同样的空间分配给其他程序或变量。“a = 87”表达式对a进行赋值操作，实际上就是把数据写入到相应的内存单元中。程序结束后，操作系统会进行内存回收，分配给变量a的内存空间被标为空闲，其他程序可以获得该空间。

不同数据类型的变量差别在于对应存储空间的长度，该长度还会因为计算机硬件结构和编译器类型的差别而不同。例如整型变量的长度对应于凌动处理器和GCC编译器的长度为4字节，存放负整数-87的整型变量在内存中的存储形式如图3.2所示。

图3.2  4字节存储空间模拟图

整型变量的长度为4个字节，但是只需要第1个字节的地址就能访问到整个空间。因为变量类型已经为变量定义了存储空间长度的信息，第1个字节的地址称为首地址，只用通过偏移量就能得到其他字节的地址。

为了保存正负符号，存储空间中的第1位是符号位。正数对应0，负数对应1。被符号占用1位存储空间后，字符型变量可储存的最小值为-2⁷，最大值为2⁷-1，即-128～127；整型变量可存储的最小值为-2³¹，最大值为2³¹-1。0被作为正数保存，因此正数最大值的数值比负数最大值的数值要少1。

存储到寄存器的原理与存储到内存非常相似，在变量声明表达式前加入register标识符可将变量声明为寄存器变量。如下例所示：

   register int a;                                                       // 声明寄存器整型变量a

上述语句声明了寄存器整型变量a，其长度同样是4字节，并且有自己的地址。但是由于寄存器的资源非常有限，通常只将需要高频率访问的变量声明为寄存器变量。操作系统和编译器考虑到程序性能优化的问题，并不一定会将用户声明的寄存器变量保存在寄存器中，而是转换为普通变量。

一切在代码中直接出现的数据都是常量，例如“a = 87”表达式中的数值87即常量。常量在内存中的存储位置不被程序设计者关心，程序中也无法直接得到常量的地址，因此常量是不可修改的。由此我们可以用内存地址是否能被程序得到来区别常量与变量，这也是常量与变量的本质性区别。

3.1.2  数据类型

认识了数据存储形式后，数据类型就比较容易理解。本小节所讨论的数据类型指的是C语言中原始的数据类型，实际上数据类型直接的差别在于存储空间长度。另外，还将涉及是否保存正负数符号，以及是否使用浮点方式来保存小数和指数。有正负符号的数称为有符号数，没有正负符号的数称为无符号数。有符号数可以存储负数，无符号数只能存储正数。不使用浮点形式的数称之为整数，使用浮点形式的数称之为浮点数。除此以外还有一种空值类型，它不能保存任何数据，存储空间长度为0。

C语言的所有类型都是从5种最原始的类型发展而来的，见表3.1所示。

表3.1  ANSI C标准基本类型的字长与范围表

其中字符型和整型有无符号数和有符号数的差别，区别在于说明符前加入了signed和unsigned修饰符，见表3.2所示。

表3.2  无符号与有符号类型的字长与范围表

由于字符型和整型默认为有符号数，所以通常在声明时可以省略signed修饰符。另外，整型数据可以使用short和long修饰符来定义为短整型和长整型，见表3.3所示。

表3.3  短整型和长整型的字长与范围表

在使用短整型和长整型时，可省略int说明符。因此，声明短整型可使用short修饰符作为说明符，声明长整型可使用long long作为说明符，而long和int说明符是等价的。unsigned、signed修饰符与short、long说明符可以同时使用，如下例所示：

   unsigned long long a;                                                                   // 声明无符号长整型变量a

该行代码声明了无符号长整型变量a，其值域范围为0～2⁶⁴-1。在不使用科学计数法的条件下，变量a可以用来保存C语言中最大的正整数2⁶⁴-1。

3.1.3  常量的形式

在C语言中，常量出现的形式共有4种，分别是直接常量、符号常量、枚举常量和常量变量。其中，前3种是严格意义上的常量，而常量变量是一种特殊的常量。

1．直接常量

所有在C语言源代码中直接出现的数值、字符和字符串都是直接常量。如下列源代码所示：

   float pi = 3.141593;                                                                       // 声明单精度浮点型变量pi并赋值

   char c = 'a';                                                                                      // 声明字符型变量c并赋值

   printf("a cup of coffee");                                                               // 在终端上输出一行字符串

代码中定义了2个变量，并使用直接常量为其赋值。其中，数值3.141593在类型上属于浮点型常量，“a”属于字符型常量。最后一行使用printf()函数输出了字符串“a cup of coffee”，此处使用的是字符串常量。

注意：字符型常量必须使用单引号包围，如'a'。字符串常量必须使用双引号包围，如"a cup of coffee"。如果使用双引号包围一个字符，如"a"，那么编译器会认为这是一个字符串，并在其后自动加上字符串结束符。如果用单引号包围一个字符串，如'a cup of coffee'，编译器将认为这是语法错误，并抛出错误提示信息。

2．符号常量

使用“#define”定义的常量称之为符号常量。符号常量定义的形式为：

#define NAME value

其中，NAME是符号常量的名称，value必须是一个直接常量。通常，符号常量声明在源代码的最上方，并且用大写字母作为其名称。如下例所示：

#include <stdio.h>                                                                               // 包含基本输入输出头文件

#define PI 3.141593                                                                                    // 定义符号常量PI

#define C 'a'                                                                                         // 定义符号常量C

#define S "a cup of coffee"                                                               // 定义符号常量S

int main()                                                                                               // 主函数

{

   printf("%f/n", PI);                                                                            // 输出符号常量所代表的数值

   printf("%c/n", C);

   printf("%s/n", S);

   return 0;                                                                                           // 主函数结束

}

代码中定义了3个符号常量，在主函数中，这些符号常量所代表的数值被printf()函数输出。我们可以简单的认为，符号常量所做的仅仅是在源代码中进行的字符串替换。编译器编译时，所以常量PI都会被替换为3.141593。

使用符号常量有三点好处，其一是易于记忆，例如我们可以为某个常量定义一个较容易理解的名称，如PI。其二是表达简洁，在上例的代码中，仅仅用一个字母S就能代理整个字符串“a cup of coffee”。其三是数值容易修改，如果某个直接常量需要多次使用，一旦该常量的值必须被调整时，往往需要修改多处代码；而使用符号常量代替了源代码中所有直接常量后，修改时只用在符号常量定义部分修改。因此我们建议读者尽量在代码中使用符号常量。

注意：符号常量定义的行尾不需要使用分号“;”结束该语句，否则会造成语法错误。

3．枚举常量

使用enum定义的常量称之为枚举常量，它是一种聚合类型。枚举常量定义的形式为：

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

其中，nume为枚举类型名称，CON1、CON2为枚举成员名称。枚举成员的数值在定义后不可改变，并且能作为常量使用，被称为枚举常量。枚举成员可用整型常量赋值，第1个枚举成员默认值为0，其后枚举成员的默认值为前一个枚举成员值加1的结果。如下例所示：

enum week {MON = 1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN}; // 定义枚举类型和成员，将MON的值设置为1

printf("%d", SAT);                                                                                 // 输出成员SAT的值

代码中定义了枚举类型week，其中有7个成员，第1个成员MON的值设置为1。然后，printf()函数输出了成员SAT的值。根据枚举类型的默认值规则可知，SAT的值为6。

4．常量变量

使用const修饰符声明的变量称之为常量变量。从本质上来说，常量变量依然属于变量的一种，但是程序运行过程中不能修改其值。如下例所示：

   const int id = 15;                                                                             // 声明常量变量id并赋值

代码中声明了常量变量id，并且为其赋值。声明语句以后，任何赋值或修改常量变量数值的语句，都将造成编译错误。