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2.1 Double data type for real numbers #
- 在程序中用分数代表数字
2.1.1 Convert Inches to Centimeters #
// Description: This program convert inches to centimeters
#include <stdio.h>
int main(void){
// Declare variables
const double InchesToCm = 2.54;
double inputInches, outputCm;
// Prompt user for input
printf("Enter the number of inches to convert to cm: ");
scanf("%lf", &inputInches);
// Convert inches to centimeters
outputCm = inputInches * InchesToCm;
// Display output in 2 decimal places
printf("The number of centimeters is %.2lf\n", outputCm);
return 0;
}
const是一个关键字，指示变量是常量。不能在整个代码中更改该变量
int main(void){
const double InchesToCm = 2.54;
InchesToCm = 2.51;
}
这样操作将会报错，因为
InchesToCm是一个不可以更改的Constant
double是一种数据类型，指示变量是小数
What would happen if a number with decimal is stored in an
int? 当赋值一个小数给int的时候，小数部分将被 Truncated 截断，只保留整数部分
%lf这是一个格式说明符，指示输入是小数.2表示该值应以 2 位小数打印
2.1.2 Summary #
int：整数数据类型，Format Specifier是%ddouble：小数数据类型，Format Specifier是%lf
2.2 Data types and representation #
- 不同的数据类型在Memory中的储存方式都不同
2.2.1 Integers #
int使用32位存储，其中31位用于表示整数本身，一位为Sign Bit- Sign bit为0是说明整数是正数，为1说明是负数
- 由于有整数可以有31位，其在正数的范围为0到$2^{31}-1$，在负数的范围为$-2^{31}$到-1
Other Integers Representation #
short：16位整数unsigned int：使用32位，没有符号位，表示范围是0到$2^{32} - 1$long：通常使用64位（8个字节）long long：也是使用64位（8个字节）
2.2.2. Floating point or real numbers #
float的储存方法类似于科学计数法，其写成$m\times 10^e$的形式- 其中m是尾数，是一个介于1到10的数字，e是指数，表示数字的大小
Two float Representation #
float使用32位，即4bytesdouble使用64位，即8bytes，由于精度是float的两倍，也叫Double data type双精度
2.2.3. Characters #
- 要表示一个字符（如字母、符号或数字），可以使用
char数据类型。常见的字符包括 A, B, 1, 9, @, # 等
#include <stdio.h>
int main(void){
char firstInitial = 'S';
printf("My first initial is %c.\n", firstInitial);
return 0;
}
- The format specifier for
charis%c char类型使用8bits（1bytes）来存储每个字符- 其可以于ASCII编码对应范围是0到$2^7-1$
- ASCII 标准使用7位来表示字符，第8位是多余的，因此它被设置为0以兼容字节存储结构。这是因为ASCII最初设计时，只有7位用于字符表示，8位的字节结构是为了适应现代计算机的存储需求
2.2.4. Boolean #
- 布尔类型用于表示逻辑值，即
true或false。在C语言中，true被表示为1，而false被表示为0 - 尽管布尔类型只需要1个bit来表示其值，但由于内存的组织结构，每个内存单元（cell）通常存储1byte，因此布尔类型在内存中实际占用1byte
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
int main(void){
bool isRaining = true;
printf("Is it raining? %d\n", isRaining);
return 0;
}
- Boolean没有专门针对的格式说明符，采用
%d来打印值 - 使用布尔类型时，需要包含
<stdbool.h>库。没有这个库，编译器无法识别bool类型
ex. #
- 假设n是正整数
bool isPositive = n > 0;
> True
bool isPositive = n;
> True or False,any non-zero number is considered as `true`
bool isPositive = n > 0 != 0;
> True
bool isPositive = n <= 0 != 1;
> n<=0 is 0, 0 != 1 -> 1 or True
2.2.5. Declaring Vs. Initializing Variables #
- Declaring Variables是告诉编译器使用某个变量。在C语言中，声明一个变量的语法是
int var; - 这样，编译器知道了一个类型为
int的变量，名为var。此时，编译器为变量保留了内存空间，但此变量尚未被赋值 - 变量声明后如果没有赋值，它就是Uninitialized Variables 未初始化变量，这意味着变量没有存储任何有效的值，只是占据了一块内存
- 如果你声明了一个变量
var，但没有给它赋值，那么它的值可能是一个随机值，例如174739296（这只是一个示例值，实际结果因每次运行而异）。每次运行时，这个值可能会不同
#include <stdio.h>
int main(void) {
int var;
printf("Value of uninitialized variable \"var\": %d\n", var);
int var2 = 0;
printf("Value of initialized variable \"var\": %d\n", var2);
return 0;
}
- 编译器会发出警告，指出未初始化的变量
var在使用时可能会导致不确定的行为。警告信息类似于：variable ‘var’ is uninitialized when used here [-Wuninitialized] - 为了避免这种警告，最佳做法是声明变量并初始化它，例如：
int var = 0;
2.2.6. Taking in input from the user using scanf
#
Mutiple Numbers in mutiple variables #
#include <stdio.h>
int main(void) {
int num1 = 0, num2 = 0;
double dnum1 = 0, dnum2 = 0;
printf("Enter a number: ");
scanf("%d %lf %d %lf", &num1, &dnum1, &num2, &dnum2);
printf("Numbers entered: %d %lf %d %lf\n", num1, dnum1, num2, dnum2);
return 0;
}
> 1 1.2 3 3.4
> Enter a number: 1 1.2 3 3.4 Numbers entered: 1 1.200000 3 3.400000
- 可以使用 一个
scanf来接收多个输入，并将它们分别存储在多个变量中。输入的各个数值通过分隔符（如空格、回车或制表符）分隔
Numbers and Characters #
#include <stdio.h>
int main(void) {
char idChar;
int idNum;
printf("Enter your ID: ");
scanf("%c %d", &idChar, &idNum);
printf("ID entered: %c%d\n", idChar, idNum);
return 0;
}
> S1321234
> Enter your ID: S1321234 ID entered: S1321234
- 你可以在同一行中使用
scanf接收字符和数字。比如，用户输入一个以字符开头，后面跟随数字的ID。 - 使用
%c来接收字符，接着用%d来接收数字。scanf会自动区分字符和数字，不需要在字符和数字之间添加分隔符
Take in characters and ignoring leading spaces #
#include <stdio.h>
int main(void) {
char c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7;
printf("Enter license plate letters and numbers: ");
scanf("%c %c %c %c %c %c %c", &c1, &c2, &c3, &c4, &c5, &c6, &c7);
printf("Licence plate entered: %c%c%c%c-%c%c%c\n", c1, c2, c3, c4, c5, c6,c7);
return 0;
}
- 在这段代码中，为了忽略输入字符之间的空格，使用了
scanf函数中的%c格式说明符之间加入空格的方法。这样，scanf在读取每个字符时会自动跳过空格
Common mistake: Spaces after format specifiers #
#include <stdio.h>
int main(void) {
double dnum1 = 0;
printf("Enter a number: ");
scanf(" %lf ", &dnum1);
printf("Number entered: %.2lf\n", dnum1);
return 0;
}
scanf使用了一个格式说明符%lf后跟一个空格。这种情况下，程序会在接收到一个数字输入后继续等待，直到遇到非空格的输入。这是因为scanf的行为是读取输入直到满足格式要求，而空格在格式说明符之后会导致它等待下一个非空白字符
2.3 Operations #
- 通过已知的四种data types，
int,double,char,bool来进行运算
2.3.1 Basic Arithmetic Operations #
- 基础的算术运算还是通过
+-*/%实现的 - 其中运算优先级根据括号，幂，乘，除，取模，加减的顺序，如果没有优先级，则从左到右的顺序运算
int x = 10 / 5 * 2;
- 先10/5=2再*2=4
2.3.2. The more accurate data type is contagious #
int x = 10 * 5 / 3;
- 在数学中，这个的答案很明显是$16\frac{2}{3}$，但是10，5和3都是int，所以他们运算的值也必须是一个int，也就是16在这个例子中
int x = 50 / 3.0;
- 在这个例子中，由于3.0是一个double，他们的结果将会是一个double，但是由于是储存在
int中的，所以16后面的小数部分将被抛弃只剩下16
2.3.3. What happens when we divide by 0? #
- 在程序中除以0可能导致奇怪的结果，如果是double运算的话也有可能是inf
2.3.4. Modulo operator #
- 取得Remainder 余数的运算符
- 如
10%3=1，10%4=2
3 % 0的结果是什么？ 会表现出和3/0类似的行为
2.3.5. Assignment operators #
- 赋值运算符，也就是
=，其优先级小于所有Operations，确保了所有运算结束后才会赋值 - 赋值运算与其他运算不同，是从右往左结合的，如
x = y =z
- 先将z的值赋值给y，再将y的值给x
Complex Assignment Operations #
- 形如
+=,-=,*=,/=,%=的为复合赋值运算符 x += 3等价于x = x + 3，剩下的同理
2.3.6. Increment and decrement operators #
- 想表达一个值+1有很多种方法，包含了
i += 1;,i++;andi++; - 这第三个就是Increment Operator，其可以放在Variable前后，放在前面，如
++i代表了先将变量加一再更新值，而i++则是先更新值再加一 ，等价于
j = i;
i = i + 1;
2.3.7. Type casting #
- 想要强制将一个数据类型转换为另一个也有很多做法
double x = 3 / 2; // x 的值是 1.0
- 因为
3和2都是整数（int），所以3 / 2会执行整数除法，结果是1，然后被存储为1.0 - 如果希望
x的结果是1.5，需要将操作数之一转换为浮点数
double x = 3.0 / 2; // 或者
double x = (double) 3 / 2; // x 的值是 1.5
(double)将整数3转换为浮点数3.0，然后执行浮点除法- 假设需要将
2.9转换为整数
double x = 3 / (int) 2.9; // x 的值是 1.0
(int) 2.9将2.9转换为整数2，然后执行整数除法3 / 2，结果是1
2.3.8. sizeof() operator
#
sizeof用来计算某种数据类型或变量在内存中占用的字节数sizeof(int)：返回int类型的大小（通常为 4 字节）sizeof(double)：返回double类型的大小（通常为 8 字节）sizeof(char)：返回char类型的大小（通常为 1 字节）
2.4. Math library #
- 运算符不只限于
+-*/，还包含了如 $\sqrt{x}$ 等复杂运算，他们可以通过math librbary实现
#include <math.h>
#include <stdio.h>
int main(void) {
double a = 0, b = 0, c = 0;
printf("Enter the lengths of the sides: ");
scanf("%lf %lf", &a, &b);
c = sqrt(a * a + b * b);
printf("The length of the hypotenuse is %.2lf\n", c);
return 0;
}
2.4.2. You can still use integer values #
- 前面没提到的是，sqrt要求的输入实际上是
double但是其实输入int也可以，系统会自动将其转换成double - 想要输出变成
int也可以通过前面提到的 type casting
2.5. Random numbers #
2.5.1. Generating a random number #
- 需要先导入一个新的库叫做
stdlib.h，然后就可以用int rand();生成随机数了，由于类型是一个int这使得生成的范围将再 $[0,2^{31}-1]$ 内取值
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
printf("Random number 1: %d\n", rand());
printf("Random number 2: %d\n", rand());
printf("Random number 3: %d\n", rand());
return 0;
}
- 上述代码很简单，输出就是三个随机数，但是问题是当再一次运行这个程序的时候，会输出三个一样的随机值，这是因为C语言生成的是 Pseudo-random Numebrs 伪随机数，是通过某种算法得出的值，这就导致如果使用的是相同的随机种子时，每次运行程序都将得到一样的随机数
- 通过调用
srand(unsigned int seed)可以设置伪随机数的种子，而这个种子会生成一个随机数的Sequence，调用了几次rand就会用到序列中的第几个数 - 这就导致了如果一个代码中重复的初始化了两次随机种子，随机数就会重置，下一次调用将从Sequence的第一个重新开始
2.5.2. Are we generating random numbers? #
- 如果想得到一个真正的随机数，可以采用时间当作种子，调用
time.h库便可以获取当前时间
Time overflow Problem #
- 使用
time(NULL)可以返回自 1970年1月1日（Unix 纪元）以来的秒数 - 但是time这个东西本身是一个
int，这使得他的上限为 $2^{31}-1$， 也就是2038年1月19日03:14:07（UTC）后，这个值将会溢出，所以许多现代系统通过将int改为double解决了这个问题，使溢出的时间来到了2920亿年后
Nested rand #
如果用 srand(rand()) 替代 srand(time(NULL))，是否会让种子变得随机？
- 如果调用
srand(rand())，rand()的结果依赖于之前的种子。 - 如果没有明确设置种子，
rand()使用默认种子（通常是 1）。 - 这意味着每次运行程序时，
rand()的第一个结果是固定的，例如可能是16807。 - 因此，
srand(rand())实际上等效于设置一个固定的种子（例如16807）
2.5.3. Random numbers within a range #
- 默认情况下，
rand()生成的伪随机数范围是从0到RAND_MAX，其中RAND_MAX是一个常量 - 如果需要生成一个更小范围内的随机数（例如
0和1之间的随机数），可以结合取模运算符%使用 - 不像其他语言可以更改这个上线，C语言采取的是取模的办法生成指定范围内的随机数
- 如果要生成
0到5的随机数，有
int random_number = rand() % 6; // 结果范围是 [0, 5]
- 这是因为观察取模操作，他的输出将会是
0 % 5 = 0
1 % 5 = 1
2 % 5 = 2
3 % 5 = 3
4 % 5 = 4
5 % 5 = 0 (循环重复)
- 那么如果范围是1到6，则是
int random_number = (rand() % 6) + 1; // 结果范围是 [1, 6]
- 总结得出，要生成一个范围在
[MIN, MAX]（包括上下限）的随机数，可以使用公式
int random_number = rand() % (MAX - MIN + 1) + MIN;