008-进制-C语言笔记

学习目标

1.【掌握】include预处理指令

2.【掌握】多文件开发

3.【了解】认识进制

4.【掌握】进制之间的互相转换

5.【掌握】原码，反码，补码

6.【掌握】位运算

7.【掌握】int类型的修饰符

一、include预处理指令

其实我们早就有接触文件包含这个指令了， 就是#include，它可以将一个文件的全部内容拷贝另一个文件中。

使用语法：

第一种：#include <文件名>

直接到C语言库函数头文件所在的目录中寻找文件

第二种：#include "文件名"

系统会先在源程序当前目录下寻找，若找不到，再到操作系统的path路径中查找，最后才到C语言库函数头文件所在目录中查找

使用注意：

#include指令允许嵌套包含，比如a.h包含b.h，b.h包含c.h，但是不允许递归包含，比如 a.h 包含 b.h，b.h 包含 a.h。下面是错误的用法：

使用#include指令可能导致多次包含同一个头文件，降低编译效率，比如下面的情况：

在one.h中声明了一个one函数；在two.h中包含了one.h，顺便声明了一个two函数。(这里就不写函数的实现了，也就是函数的定义)

假如我想在main.c中使用one和two两个函数，而且有时候我们并不一定知道two.h中包含了one.h，所以可能会这样做：

编译预处理之后main.c的代码是这样的：

void one();
void one();
void two();
int main (){
return 0;
}

第1行是由#include "one.h"导致的，第2、3行是由#include "two.h"导致的(因为two.h里面包含了one.h)。可以看出来，one函数被声明了2遍，根本就没有必要，这样会降低编译效率。

为了解决这种重复包含同一个头文件的问题，一般我们会这样写头文件内容：

大致解释一下意思，就拿one.h为例：当我们第一次#include "one.h"时，因为没有定义_ONE_H_，所以第9行的条件成立，接着在第10行定义了_ONE_H_这个宏，然后在13行声明one函数，最后在 15行结束条件编译。当第二次#include "one.h"，因为之前已经定义过_ONE_H_这个宏，所以第9行的条件不成立，直接跳到第15行的#endif，结束条件编译。就是这么简单的3句 代码，防止了one.h的内容被重复包含。

这样子的话，main.c中的：

#include "one.h"
#include "two.h"

就变成了：

// #include "one.h"
#ifndef _ONE_H_
#define _ONE_H_

void one();

#endif

// #include "two.h"
#ifndef _TWO_H_
#define _TWO_H_

// #include "one.h"
#ifndef _ONE_H_
#define _ONE_H_

void one();

#endif

void two();

#endif

第2~第7行是#include "one.h"导致的，第10~第23行是#include "two.h"导致的。编译预处理之后就变为了：

void one();
void two();

这才是我们想要的结果

二、多文件开发

大家都知道我们的C程序是由1个1个的函数组成的，当我们的程序很大的时候，将这些函数代码写在写在同1个文件之中是绝对不科学。函数太多，不方便管理，并且不利于团队开发。

我们的程序实际上都是分为1个1个的模块的，无论多大的程序都是由1个1个的小功能组成的。模块就是功能相同或者相似的一些函数。在实际开发中，不同的人负责开发不同的功能模块，要使用模块中的功能的话，直接调用就可以了。

如何写模块？

写模块的人，一般情况下要写两个文件。.c文件  .h文件. header 头文件。

.h文件之中，写上函数的声明。

.c文件之中，写上函数的实现。

想要调用模块之中的函数，只需要包含这个模块的头文件就可以了。比如我们使用printf函数需要包含stdio.h头文件一样，只要包含了函数的声明，我们就能直接使用函数了。

例如：

我们还能给函数分组，例如：

右键，选择New Group可以创建组，进行源文件分组管理。放在组里的源文件其实他的路径是不会改变的：

三、认识进制

什么是进制？

进制是记数的一种方式，侧重点在于记数的时候，是逢多少进一。比如我们日常生活中用的十进制，逢10进1。C语言中也有进制，C语言能识别的进制有二进制，十进制，八进制，十六进制。多少多少进制就是逢多少进1。

二进制：

逢二进一，每1位用0和1表示。

在C语言的代码中，如果要写1个二进制的数，那么就必须要在这个二进制的数的前面加1个0b的前缀。

C语言没有提供1个个是控制符来将1个整形变量中的数据以二进制的形式输出。

八进制：

逢八进一，每1位 0、1、2、3、4、5、6、7中的任意1位来表示。

在C语言之中，如果要写1个八进制的数，那么就必须要在这个八进制的数的前面加1个前缀0。

%o 会将整形变量中的数据以八进制的形式输出。

十进制：

逢十进一，每1位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 中的任意一位，逢十进一。

在C语言之中直接写1个整数，默认就是十进制。

%d 是将整形变量中的数据以十进制的形式输出。

十六进制：

逢十六进以，每1位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 中的任意1位来表示。

如果我们要在C语言中写1个十六进制的数 那么就必须要在这个数的前面加1个前缀0x。

使用%x 将整形变量中的数据以十六进制的形式输出。

例如：

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]){

int num = 0x13adf0;//加0x表示十六进制

printf("num = %x\n",num);//%x以十六进制形式打印

return 0;
}

四、进制直接的互相转换

我们先来引入一个概念，当然，C语言中没有规定这些，是便于学习者进行按位运算而自己定义的概念。

数码：一个数的每一位数字，就叫做数码。

数位：数码在这个数中的位置，从右到左，从0开始增长。

基数：每一位数码最多可以由多少个数字来表示，多少进制就是多少基数。

位权 = 数码 * (基数的数位次方)

进制之间的转换：

十进制转二进制：除2取余，直到商为0，再余数倒序

十进制转八进制：除8取余，直到商为0，再余数倒序

十进制转十六进制：除16取余,直到商为0，再余数倒序

二进制转十进制：每一位的位权相加

八进制转十进制：每一位的位权相加

十六进制转十进制：每一位的位权相加

二进制转换八进制：3合1，低位到高位,每3位分成一组，高位不够补0，求出每一组的10进制，再相连

八进制转二进制：3拆1，将八进制的每1个数码，拆成1个三位的二进制，再将这些二进制连起来

二进制转十六进制：4合1，低位到高位，每四位分成1组，高位不够补0，求出每1组的10进制，再相连

十六进制转二进制：1拆4，将十六进制的每1个数码，拆成1个四位的二进制1再将这些二进制连起来

八进制转十六进制：八进制 -> 二进制 ->十六进制

打印二进制的函数：

#include <stdio.h>

//传入一个整数,打印他的二进制
void printBinary(int num){
//定义一个临时变量temp,储存位移后的数据
int temp = 0;
//定义一个临时变量temp1,储存按位与后的二进制最低位数值
int temp1 = 0;
for (int i = 0; i < 32; i++) {
//先位移,截取数据
temp = num >> (31-i);
//再与1按位与,因为任何数与1与都能得到那个任何数的二进制的最低位
temp1 = temp & 1;
//取出一位打印一位
printf("%d",temp1);
}
printf("\n");
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

//调用函数打印出整数的二进制
printBinary(100);

return 0;
}

自己随意写的，网上还有很多功能更多的进制转换函数，需要的自己去谷歌吧。

五、原码，反码，补码

声明1个变量，其实就是在内存之中申请指定字节数的空间，用来存储数据。无论任何数据在内存之中都是以其二进制的形式存储的，并且是以这个数据的二进制的补码的形式存储的。那什么是补码呢？原码、反码、补码 都是二进制，只不过是二进制的不同的表现形式。

强调：所有的数据都是以其二进制的补码的形式存储在内存之中的。

原码：

最高位用来表示符号位，0代表正，1代表负。其他叫数值位，数值位是这个数的绝对值的二进制位。

9的原码： 00000000 00000000 00000000 00001001

-3的原码：10000000 00000000 00000000 00000011

反码：

正数的反码就是其原码。负数的反码，是在其原码的基础之上，符号位不变，数值位取反。

9的原码： 00000000 00000000 00000000 00001001

9的反码： 00000000 00000000 00000000 00001001

-3的原码：10000000 00000000 00000000 00000011

-3的反码：11111111 11111111 11111111 11111100

补码：

正数的补码就是，其原码。负数的补码，是在其反码的基础之上加1。

9的原码： 00000000 00000000 00000000 00001001

9的反码： 00000000 00000000 00000000 00001001

9的补码： 00000000 00000000 00000000 00001001

-3的原码：10000000 00000000 00000000 00000011

-3的反码：11111111 11111111 11111111 11111100

-3的补码：11111111 11111111 11111111 11111101

为什么要用补码来储存数据，因为计算机之中只有加法，没有减法。为了更低成本的计算出结果，所以使用补码来存储数据。如下例子：3 + (-2) = 1

原码计算:
00000000 00000000 00000000 00000011
10000000 00000000 00000000 00000010 相减
------------------------------------
10000000 00000000 00000000 00000101 这个结果不对. 已经变成负数了.

反码计算:
00000000 00000000 00000000 00000011
11111111 11111111 11111111 11111101 相减
-------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000000 0 这也是错的.

补码计算:
00000000 00000000 00000000 00000011
11111111 11111111 11111111 11111110 相减
-------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000001 1 1结果是对.

六、位运算

什么叫做位运算？

1个二进制数的每1位来参与运算，参与位运算的前提，是这个数必须是二进制数。并且参与运算的二进制数据必须是补码的形式，并且算出来的结果也是补码。

按位与  &

指的是两个数的二进制的补码 按位进行与运算. 如果都为1 结果就为1 否则就为0.

3 & 2 ;

00000000 00000000 00000000 00000011
00000000 00000000 00000000 00000010
------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000010

注意：任何数按位与1，结果是这个数的最低位

3 & 1 ;
00000000 00000000 01001000 10010001
00000000 00000000 00000000 00000001
--------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000001

偶数的最低位一定是0，奇数的最低位一定是1。用1个数去按位与1，如果结果为0那么这个数一定是1个偶数，如果结果为1，那么这个数一定是1个奇数。

#include <stdio.h>

int main() {

int num = 100;
//任意数按位与1，都能得到他的二进制位的最低位，如果最低位是1，则是奇数，是0则是偶数。
if (num & 1 == 0) {
printf("偶数\n");
}else{
printf("奇数\n");
}
return 0;
}

按位或  |

参与按位或的二进制补码，只要有1位为1，那么结果就为1，只有都为0的时候才为0。

3 | 2;

00000000 00000000 00000000 00000011
00000000 00000000 00000000 00000010
-------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000011

按位取反  ~

这是1个单目运算符，只需要1个数据参与，将1变0，0变1

~3;

00000000 00000000 00000000 00000011
11111111 11111111 11111111 11111100 补码
11111111 11111111 11111111 11111011 反码
10000000 00000000 00000000 00000100 -4

按位异或  ^

参与按位异或的二进制补码，每一位，相同为0，不同为1。

3 ^ 5;

00000000 000000000 00000000 00000011
00000000 000000000 00000000 00000101
----------------------------------------
00000000 000000000 00000000 00000110 +6

实现交换两个变量的值：

#include <stdio.h>

int main() {

int num1 = 10,num2 = 20;
num1 = num1 ^ num2;
num2 = num1 ^ num2;
num1 = num1 ^ num2;
printf("num1 = %d,num2 = %d\n",num1,num2);
return 0;
}

按位左移  <<

1个二进制补码按位左移，就是将这个二进制位，向左移动指定的位数，溢出部分丢弃 低位补零。

3 << 2;
3的补码按位左移2位.

00000000 00000000 00000000 00000011
000000 00000000 00000000 0000001100 +12

注意：

1个数按位左移，有可能改变其正负性。

1个数按位左移n位，相当于这个数乘以2的n次方。

16 << 3;  相当于16 * 2的3次方。就是16*8=128

按位右移  >>

参与按位右移的二进制的补码，向右移动指定的位数，溢出部分补齐，高位补符号位。

3 >> 2;

00000000 00000000 00000000 00000011
0000000000 00000000 00000000 000000 0

注意：

1一个数按位右移，不会改变1个数的正负性。

1个数按位右移n位，相当于这个数除以2的n次方。

六、int类型的修饰符

我们声明1个int类型的变量，会在内存之中申请4个字节的空间，可以存储的数据-2147483647到+2147483648之间的整数。可是有的时候，数据要不了那么大，4个字节就显得很浪费。而有的时候，数据太大，4个字节又不够。这个时候，我们就可以使用int类型的修饰符来解决这个问题了。

int类型的修饰符有short，long，long long。他们可以限定int类型的变量在内存之中占据多少个字节。

short

被short修饰的int变量，在内存之中占据2个字节。在不考虑正负的情况可以表示65536个数。最高位表示符号位可以储存-32767 到+32768之间的整数。我们可以使用%hd来输出short int 变量的值，如果要声明short int变量的话. 可以省略int。比如：short num = 12;

long

被long修饰的int变量,在内存之中占据8个字节（64位编辑器），使用%ld，输出long int变量的值。并且如果要声明1个long int变量，可以省略int。比如： long num = 100;

long long

被long long 修饰的int变量无论是多少位的系统都占据8个字节，使用%lld来输出long long int 变量的值。并且也可以省略int 。比如： long long num = 100;

unsigned

我们声明1个int类型的变量，占据4个字节，最高位用来表示符号位。但是我们可以使用1个关键字，让这个变量的最高位不表示符号位，全部位数都用来表示数据。这样最小值就只能存储0，但是最大值可以翻番。

signed

要求变量的最高位用来表示符号位，默认就是这样的。所以这个关键词一般没啥用。