（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 -2 7 ，最大值为 2 7 -1 ，即 -128 ～ 127 ；整型变量可存储的最小值为 -2 31 ，最大值为 2 31 -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
|
类型 |
说明符 |
长度 |
值域 |
|
字符型 |
char |
1 字节 |
-128 ～ 127 |
|
整型 |
int |
4 字节 |
- 2147483648 ～ 2147483647 |
|
单精度浮点型 |
float |
4 字节 |
约精确到 6 位数 |
|
双精度浮点型 |
double |
8 字节 |
约精确到 12 位数 |
|
空值型 |
void |
0 字节 |
无值 |
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
|
类型 |
说明符 |
长度 |
值域 |
|
无符号字符型 |
unsigned char |
1 字节 |
0 ～ 255 |
|
有符号字符型 |
signed char |
1 字节 |
-128 ～ 127 |
|
无符号整型 |
unsigned int |
4 字节 |
0 ～ 4294967295 |
|
有符号整型 |
signed int |
4 字节 |
- 2147483648 ～ 2147483647 |
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
|
类型 |
说明符 |
长度 |
值域 |
|
短整型 |
short int |
2 字节 |
-32768 ～ 32767 |
|
整型 |
long int |
4 字节 |
- 2147483648 ～ 2147483647 |
|
长整型 |
long long int |
8 字节 |
-9.223372e+18 ～ 9.223372e+18 |
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 ～ 2 64 -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 2 64 -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。
