資料型態、運算子與表示式

(1)

講師: 李根逸 (Ken-Yi Lee), E-mail: feis.tw@gmail.com

資料型態、運算子與表示式

【第⼆二講】

!49

(2)

課程⼤大綱

!50

資料型態 [P.51]

C/C++ 內建的常⾒見資料型態 [P.52]

使⽤用 sizeof 看⼤大⼩小 [P.53]

變數宣告 [P.54]

不同資料型態間的差異 [P.55]

整數 (short int, int, long int) 的可表⽰示範圍 ^[P.56]

浮點數 (float/double) 的表⽰示法 [P.58]

printf 與 scanf 的格式字串^[P.59]

字⾯面常數的型態 [P.61]

不同型態間的轉換 (隱性/顯性轉型)^[P.62]

字元 (char) 的表⽰示法 [P.65]

各種常⾒見運算⼦子：

算數運算⼦子: +-*/%^[P.69], 指定運算⼦子: =^[P.70]

關係與等號運算⼦子: <, >, <=, >=, ==, !=^[P.72]

邏輯運算⼦子 [P.73]

運算⼦子優先順序 [P.74]

(3)

資料型態 (Data type)

在⾼高階語⾔言中，為了能夠⽅方便有效 (省時省空間) 的撰寫程式碼並做出各種複雜的運算，我們需要使⽤用多種資料型態

例如 : 整數, ⼩小數和⽂文字處理等 ...

電腦內部是使⽤用位元 (Bit) 這個基本單位來表⽰示資料並儲存於記憶單元 (記憶體) 或輔助記憶單元 (硬碟) 中。

每個位元只可以表⽰示 0 或 1 兩種值

任何資料型態的資料都可以轉換成由⼀一串位元來表⽰示

換句話說，資料型態就是要告訴電腦要怎麼去解釋某⼀一串位元資料，我們可以規定如何對不同的型態做運算

!51

(4)

C 常⾒見的內建資料型態

資料型態名稱⼤大⼩小

(bytes)

範例

短整數

(Short Integer)

short int 2 32

整數

(Integer)

int 4 32

⻑⾧長整數

(Long Integer)

long int 4 32

字元

(Character)

char 1 ‘3’

單精度浮點數  

(Single Precision Floating Point)

float 4 3.2

雙精度浮點數  

(Double Precision Floating Point)

double 8 3.2

無 void (無) (無)

!52

⼤大⼩小是《實作相依》

《實作相依》：意指語⾔言標準內容並沒有強制的規定，

在使⽤用不同編譯器或設定的情況下，可能會不⼀一樣

(5)

使⽤用 sizeof 看⼤大⼩小

語⾔言標準內對資料型態沒有嚴格定義⼤大⼩小，隨著編譯器與設定的不同⽽而可能不同。我們只知道在同樣的編譯器與設定中，同樣資料型態的⼤大⼩小是固定的。

例如 int 不⼀一定要是 4 個位元組⼤大，只是我們現在⼀一 般的電腦架構與作業系統通常是。⽽而在 32-bit 編譯器內， long int 的⼤大⼩小可能是 4 個位元組，但在 64- bit 編譯器中， long int 的⼤大⼩小可能是 8 個位元組

sizeof 是⼀一個特殊的運算⼦子，會得到某變數或資料型態在該平台編譯後佔有記憶體的⼤大⼩小。我們表⽰示記憶體⼤大⼩小所使⽤用的單位是位元組 (byte) ，⽽而⼀一個位元組 (byte) 通常等於⼋八個位元 (bit)

開啟範例檔 sizeof.cpp 並執⾏行看看

!53

(6)

變數宣告

變數名稱在使⽤用前，需要先進⾏行宣告讓編譯器知道：

資料型態變數名稱; 

資料型態變數名稱 = 初始值; 

保留字 (keywords)：

C 語⾔言中下列名稱 (保留字) 無法作為變數名稱

auto,break,case,char,const,continue,default, do,double,else,enum,extern,float,for,goto,if, int,long,register,return,short,signed,sizeof, static,struct,switch,typedef,union,unsigned, void,volatile,while

int num;

int num = 0;

名稱通常為英⽂文字⺟母⼤大⼩小寫、數字和底線構成，數字不能開頭，⼤大⼩小寫不同也代表不同的名稱

num

(int) 

?

2293620   (記憶體位址)

!54

在宣告時給予初始值這動作我們稱為初始化

(7)

表⽰示的資料意涵不同：

整數 (int) 與字元 (char)

表⽰示的原理不同：

整數 (int) 與浮點數 (float)

可表⽰示的範圍⼤大⼩小不同：

短整數 (short int) 與⻑⾧長整數 (long int)

可表⽰示的精確度⼤大⼩小不同：

單精度浮點數 (float) 與倍精度浮點數 (double)

有無正負數 (有號與無號)

有號整數 (int) 與無號整數 (unsigned int)

不同資料型態間的差異

與⼤大⼩小有關

!55

(8)

整數型態的可表⽰示範圍

資料型態可表⽰示的範圍與他佔記憶體的『⼤大⼩小』有關

每個位元可以表⽰示兩種值 (0 或 1) 每個位元組如果有 8 個位元 :

每個位元組可以表⽰示

2

⁸ =

256

種值

在可表⽰示正負數 (即有號 [signed]) 的情況下，可表⽰示的整數範圍 會是從 -128 到 127 (共 256 個數字)

當無號 [unsigned] 時，可表⽰示的整數範圍是從 0 到 255

如果⼀一個資料型態有 4 個位元組，則可以表⽰示 :

2

^8x4⁼

2

³² ⁼

4,294,967,296

^種值

4 個位元組⼤大的 int 可表⽰示範圍是從

−2,147,483,648

到

2,147,483,647 (約九位數有效數字)

4 個位元組⼤大的 unsigned int 的可表⽰示範圍就是從

0

到

4,294,967,295 (約九位數有效數字)

!56

運算結果超出可表⽰示範圍稱為『溢位』，在溢位的情況下，值會變多少⼤大部分情況是《未定義⾏行為》

不要因為範圍可以

⼤大⼀一點就

⽤用無號數

(9)

【補充】 int 的位元表⽰示法

!57

⼗十進位表⽰示法⼆二進位表⽰示法

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 256 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2147483647 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 -255 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 -2147483648 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 負數⽤用 2 的

補數表⽰示法:   將正數表⽰示法的 0 和 1 互換後再加 1

32 bits (4 bytes)

如何表⽰示整數是《實作相依》⾏行為，這裡只是列出⼀一般的作法作為參考

(10)

浮點數表⽰示法

浮點數 (floating point) 是⽤用來將實數數位化表⽰示的⼀一種表⽰示法

我們現在所⽤用的是由 IEEE 制定的浮點數表⽰示標準

簡單來看，浮點數的表⽰示法將位元分成三個區塊

符號位元 (1 Bit), 指數部分, ⼩小數部分

0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1

+ 3 1563

+ 0.1563 ^✕ 10 ³

（指數)

（符號) （有效數字) [影響精確度]

(實際上格式⽐比較複雜，這裡只是個概念的說明。細節可參考 http://goo.gl/imXGf）

7707

!58

float 有效數字約6位，double 約15位

(11)

printf 與 scanf 的格式字串

資料型態名稱格式符

短整數 (Short Integer)

short int %hd

整數 (Integer)

int %d

⻑⾧長整數 (Long Integer)

long int %ld

字元 (Character)

char %c

單精度浮點數  

(Single Precision Floating Point)

float %f

雙精度浮點數  

double %f, %lf

!59

printf scanf

(12)

【範例】使⽤用浮點數

請修改程式讓使⽤用者分別輸⼊入三個整數後，算出三個整數的和、平均值、乘積並顯⽰示給使⽤用者看 (四捨五

⼊入到⼩小數點後三位 )

注意: 平均值可能具有⼩小數⽽而且使⽤用者可能輸⼊入的數值帶有⼩小數

變數宣告時須改為⽤用 float 宣告

scanf 和 printf 須使⽤用 %f 來讀⼊入或輸出 float printf 的格式字串可以加上數字表⽰示位數

%.3f 表⽰示印出浮點數並四捨五⼊入到⼩小數點後第三位

!60

【範例】 calc.cpp

(13)

字⾯面常數的型態

字⾯面資料型態名稱

3 ^整數

^(Integer)

_{long int} ^int

3u ^無號整數

(Unsigned Integer)

unsigned int

3l ^{⻑⾧長整數}

(Long Integer)

long int

3. ^{雙精度浮點數}

double

3.f ^{單精度浮點數}

(Single Precision Floating point)

float

‘3’ ^字元

(Character)

char

!61

【補充】在能表⽰示的情況下整數選前者

【範例】 constant.cpp

(14)

不同型態間的轉換

編譯器為了讓你的運算式合理，可能會試著幫你做型態的⾃自動轉換 (隱性轉型)。

不同基本資料型態間的⾃自動轉換 (隱性轉型) 通常以

『可表⽰示範圍⼤大』的為準

例如 :

4 / 3 時，計算結果的資料型態會是 int

4 / 3. 時，4 是 int ⽽而 3. 是 double。計算時會先將 4 轉換成 double 後再除以 3.，計算結果資料型態是 double。

你也可以⽤用強制的⽅方式進⾏行型態轉換 (顯性轉型)：

例如：

4 會先被強制轉換為 double 型態 (即 4. )，再試著去除以 3，此時 3 也被動的隱性轉型成 double 型態 (即 3.)。計算結果的資料型態 會是 double

4 / 3 與 4 / 3.

(double) 4 / 3

!62

(15)

【範例】隱性轉型與格式

請開啟範例檔，並猜測執⾏行結果提⽰示與解釋：

A = B 是指將 B 的值給 A，此時如果 B 的型態與 A 不同則可能會造成無法編譯或發⽣生隱性轉型將 B 轉為 A 的型態

轉型時，浮點數轉為整數是無條件捨去，通常值會變得不精確

要⼩小⼼心的是，使⽤用 printf 或 scanf 時，輸⼊入的引數並 不會⾃自動的轉型

例如: printf(“%d”, 3.);

會因為 3. 是 double 卻當成 int 印⽽而失敗，產⽣生不易預期的結果 printf 跟 scanf 這算是特例中的特例，但是我們常常使⽤用到。

!63

【範例】 casting.cpp

(16)

【範例】⼤大數計算

試寫⼀一程式輸⼊入兩個五位數整數後輸出他們的乘積

int 的資料型態⼀一般情況下約可表⽰示 log(2³¹) ~ 9 位有效整數

【補充】使⽤用範圍更⼤大的整數型態

C++99 (新版 C++ 標準) 和 C99 (新版 C 標準) 中有

⼀一個 long long int 的資料型態⾄至少可表⽰示約 log(2⁶³)

~ 19 位有效整數

在 Dev C++ 中，請在 printf 內使⽤用 %I64d 來列印 long long int 型態數值

在 GCC 編譯器中，long long int 是⼀一個語⾔言擴充功能

!64

【範例】 bignum.cpp

(17)

‘A’+1＝?

(char) (int)

‘A’-1＝?

(char) (int)

‘A’+’1’＝?

(char)(char)

(???)

在輸⼊入、儲存和運算時，char 都是使

⽤用整數(ASCII值)格式，只有在輸出 (顯⽰示或列印) 的時候會依照該 ASCII 值所對應的⽂文字套⽤用字型後輸出

【範例】 char.cpp 字元 (char) 是⼀一種整數型態

(18)

【範例】⼤大⼩小寫轉換

試寫⼀一程式輸⼊入⼀一⼤大寫英⽂文字元，顯⽰示相對應的⼩小寫英⽂文字元

提⽰示：

!66

範例輸⼊入⼀一 : 

A

範例輸出⼀一 : 

a

範例輸⼊入⼆二 : 

B

範例輸出⼆二 : 

b

範例輸⼊入三 : 

Z

範例輸出三 : 

z

char input = ?;  

char output = input - ‘A’ + ‘a’;

【範例】 tolower.cpp

(19)

【補充】關於字元

就前⾯面的解釋我們了解字元的處理⽅方式是利⽤用建表編號的⽅方法來達成。但在 C/C++ 語⾔言標準中並沒有強制規定字元所使⽤用的編號表格 (只規定要能表⽰示其中 95 個字元)，像是⼀一般電腦⽤用的是 ASCII 或是 ISO/IEC 646 的編碼標準都是可能的。

⼀一個字元 (char) 原則上由⼀一個位元組構成，但是⼀一個 位元組並不⼀一定是有 8 位元 (某些古⽼老或特別的電腦結構)

⽽而也因為未嚴格規定編碼表格， char 資料型態不⼀一定等價於 signed char 或 unsigned char，此為

《實作相依⾏行為》。

!67

(20)

使⽤用型態的選擇

那麼我們到底應該選擇怎樣的資料型態呢？

!

對於初學者只要熟悉使⽤用這些資料型態就夠了

其他型態的⽤用途？

最佳化記憶體的使⽤用或效率

⽤用途資料類型格式符

整數 (⼀一般情況) int %d

浮點數 (有⼩小數或位數過⼤大) double %f %lf

字元 char %c

printf scanf

!68

(21)

算術運算⼦子 **: +-*/%**

算術運算⼦子運算的結果與運算元的值跟型態有關

運算⼦子是有優先順序的 (*/% 優先於 +- ) 算術運算⼦子優先順序相同時，在左邊的先

每次執⾏行⼀一個運算⼦子時就會產⽣生⼀一個中間結果，我們稱為『暫時變數』，我們要了解這暫時變數的『值』

與『型態』：

**A = 3 * ( 2 + 1 ) + 7 / 2 + 9 * 3.;**

**A = 3 * 3 + 7 / 2 + 9 * 3.;**

**A = 9 + 7 / 2 + 9 * 3.;**

**A = 9 + 3 + 9 * 3.;**

A = 9 + 3 + 27. ; A = 12 + 27. ; A = 39. ;

!69

(22)

【範例】賦值運算⼦子 : =

= 為賦值運算⼦子

賦值運算⼦子會將右⽅方的值給左⽅方的變數

賦值運算⼦子的左⽅方⼀一定要放置某個變數。

賦值運算⼦子的運算結果就是左⽅方變數最後的值跟型態

運算優先順序

賦值運算⼦子 (=) 的運算優先順序是全部裡⾯面最低的⽽而且運算順序是由右⾄至左 (特別！)

int A,C; 

double B, D; 

A = 3; 

3 = A; 

A = C = 3; 

A = B = C = D = 3 + 7 / 2.;

!70

【範例】 assign.cpp 這結果會是什麼？

(23)

!

在⼀一般 C 語⾔言標準 (C89/C90) 中，我們使⽤用 int 型態來儲存是⾮非真假對錯：

0 表⽰示假的、錯誤和不成⽴立的意思 1 表⽰示真的、正確和成⽴立的意思 2 表⽰示真的、正確和成⽴立的意思 -1 表⽰示真的、正確和成⽴立的意思

是⾮非真假

!71

運算結果意

不是 0 真的正確成⽴立

0 假的錯誤不成⽴立

【補充】在 C++ 中，也可以⽤用 bool 資料類型來表⽰示

(24)

在 C 語⾔言標準中，關係與等號運算⼦子的運算結果有不是 0 (成⽴立) 和 0 (不成⽴立) 兩種可能：

關係與等號運算⼦子

運算意義運算符號

⼤大於 >

⼩小於 <

⼤大於等於 (不⼩小於) >=

⼩小於等於 (不⼤大於) <=

等於 ==

不等於 !=

!72

4 > 3 4 < 3 4 == 3 4 != 3

4 > 3 > 2

【補充】在 C++ 中，運算結果是 true 與 false 兩種可能

(25)

邏輯運算⼦子

在 C 語⾔言標準中，邏輯運算⼦子的運算結果有不是 0 (成⽴立) 與是 0 (不成⽴立) 兩種可能：

運算意義運算符號 ^iso646.h

C++

⽽而且 (and) &&

and

或者 (or) ||

or

⾮非 (not) !

not

!73

4 > 3 && 4 < 3 4 > 3 || 4 < 3

3 > 2 && 1 > 2 1 || 0

4 > 3 && 3 > 2

!(3 > 2)

!3

(26)

運算⼦子優先順序表

運算符號平⼿手時運算順序

( )

^{由左⾄至右}

!

^{由左⾄至右}

* / %

^{由左⾄至右}

+ -

^{由左⾄至右}

< > <= >=

^{由左⾄至右}

== !=

^{由左⾄至右}

=

^{由右⾄至左}

&& 由左⾄至右

|| 由左⾄至右

優先

不優先

!74

(27)

【補充】邏輯運算⼦子的特殊性

|| 與 && 運算⼦子都保證左邊運算元被算出後，才會開始算右邊運算元的值。

其他運算⼦子不是喔！之前我們只保證運算⼦子的運算順序

|| 左邊運算元算出為⾮非 0 時，就不會去算右邊運算元的值。反之當 && 左邊運算元算出為 0 時，就不會去算右邊運算元的值。

為什麼可以這樣？

!75

(28)

if 關鍵字

if( 表⽰示式 ) { ... }

如果表⽰示式為真就 ...

什麼是真或假？

⾮非0 或 0、成⽴立或不成⽴立

if (80 >= 60) {  

printf(“PASSED !\n”); 

} 

if (80 < 60) {  

printf(“FAILED !\n”); 

}

int grade = 80; 

if (grade >= 60) {  

printf(“PASSED !\n”); 

} 

if (grade < 60) {  

printf(“FAILED !\n”); 

}

!76

(29)

【範例】⽐比較兩數⼤大⼩小

試寫⼀一程式讓使⽤用者輸⼊入兩個數字後顯⽰示其中⽐比較⼤大的給使⽤用者看 : 

 

提⽰示 : (程式⽚片段)

請輸⼊入第⼀一個整數 : 3  請輸⼊入第⼆二個整數 : 4 

⽐比較⼤大的整數是 : 4

int max; 

if (num1 >= num2) {  max = num1; 

}  if (num1 < num2) {  max = num2; 

} 

printf(“⽐比較⼤大的整數是 %d\n”, max); 

!77

【範例】 cmp.cpp

(30)

【練習】簡易版猜數字

試寫⼀一個程式，在程式內部預設⼀一個整數作為猜數字遊戲的答案。當使⽤用者執⾏行程式後，需要輸⼊入⼀一個整數，如果該整數與程式預設的答案不同，請顯⽰示是⽐比較⼤大或者⽐比較⼩小；如果該整數與程式預設的答案相同，

請恭喜使⽤用者：

!

【思考】要如何讓使⽤用者可以⼀一直猜到答案正確？

請輸⼊入你的猜測 : 4  答對了！

!78

請輸⼊入你的猜測 : 5  太⼤大了！

請輸⼊入你的猜測 : 3  太⼩小了！

(31)

【補充】逐位元運算⼦子

!79

運算意義運算符號

逐位元 AND &

逐位元 OR |

逐位元 XOR ^

逐位元 NOT ~

逐位元左移 <<

逐位元右移 >>

(32)

習題 _[1]

[E0201] 試寫⼀一程式，印出下⾯面這個變數值 :

double x = 3000000000000000.5;

**[E0202]* 試寫⼀一程式，印出下⾯面式⼦子的計算結果 :**

3000000000000000.5+0.05

[E0203] 試寫⼀一程式，輸⼊入英哩換算後印出公⾥里 **(四捨五⼊入⾄至⼩小數點後⼀一位) [公⾥里 = 英哩 * 1.6]**

**[E0204] 試寫⼀一程式印出 129263*54628 的結果**

與 [E0110] 相同

**[E0205]* 試寫⼀一程式算出 1292635428 三次⽅方的值 (2159872744519190546127922752)**

!80

(33)

習題 _[2]

[E0206] 試寫⼀一程式，輸⼊入⼀一有號整數，顯⽰示該整數是正整數 (>=0) 或負整數 (< 0)

[E0207] 試寫⼀一程式，輸⼊入⼀一字元，顯⽰示該字元是數⼦子 (0-9)、英⽂文字元 (a-zA-Z) 或其他符號

字元 (char) 請在 scanf 內⽤用 %c 讀⼊入，在 printf 內

⽤用 %c 印出

[E0208] 試寫⼀一程式，輸⼊入⼀一個英⽂文⼩小寫字元，將字元轉換為⼤大寫印出

[E0209] 試寫⼀一程式，輸⼊入⼀一個英⽂文字元，將字元的⼤大寫印出 (不限制輸⼊入的字元為⼤大寫或⼩小寫)

!81

(34)

習題 _[3]

[E0210] 試寫⼀一程式，輸⼊入兩個整數，將兩個整數由⼩小到⼤大印出。  

!

[E0211] 試寫⼀一程式，讓使⽤用者輸⼊入⼀一⼋八位整數然後將數字直排顯⽰示。

範例輸⼊入⼀一: 3 6 範例輸出⼀一: 3 6 範例輸⼊入⼆二: 6 3 範例輸出⼆二: 3 6

!82

請輸⼊入⼀一個⼋八位數整數: 38603456 

3  8 

6  0 

3  4 

5  6

(35)

習題 _[4]

[E0213] 試寫⼀一程式，讓使⽤用者輸⼊入⾝身分證字號的前九碼後顯⽰示該⾝身分證字號的第⼗十碼 (驗證碼)

我們的檢查碼計算⽅方式 : (A: 10, B:11, C:12, ..., Z:36)

!

總和 = 1x1 + 0x9 + 1x8 + 2x7 + 3x6 + 4x5 + 5x4 + 6x3 + 7x2 + 8x1 = 121

121%10 = 1, (10-1)%10 = 9

A 1 2 3 4 5 6 7 8

1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 x1 x9 x8 x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1

%c%d

!83

(36)

!84

(37)

!85

(38)

!86

(39)

!87

(40)

資料型態、運算子與表示式