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整数的概念

       在之前的章节中，我们已经用过整数了，也定义过整型变量，好像没什么好讲的，整数就是整数。

       整数是我们生活中常用的数据类型，也是编程中常用的一种数据，C语言使用int关键字来定义整数变量（int 是 integer 的简写）。

       在定义变量的时候，可以加signed、unsigned、short和long四种修饰符。

        signed：有符号的，可以表示正数和负数。

       unsigned：无符号的，只能表示正数，例如数组的下标、人的身高等。

       short：短的，现在主流的64位操作系统下，整数占用内存4个字节，使用 4 个字节保存较小的整数绰绰有余，会空闲出两个字节来，这些字节就白白浪费掉了。现在个人电脑的内存都比较大了，配置低的也有2G，浪费一些内存无所谓；而在C语言被发明的早期，或者在单片机和嵌入式系统中，内存都是非常稀缺的资源，所有的程序都在尽可能节省内存。

       long：长的，更长的整数。

整数的取值范围

       整数的取值范围与计算机操作系统和C语言编译器有关，没有一个固定的数值，我们可以根据它占用的内存大小来推断它的取值范围。

       一个字节有8个位，表示的数据的取值范围是28-1，即255。

       如果占用的内存是两个字节，无符号型取值范围是28ⅹ28-1。

       如果占用的内存是四个字节，无符号型取值范围是28ⅹ28ⅹ28ⅹ28-1。

       如果占用的内存是八个字节，无符号型取值范围是28ⅹ28ⅹ28ⅹ28ⅹ28ⅹ28ⅹ28ⅹ28-1。

       如果是有符号，取值范围减半，包括负数部分。

       下面用一个示例代码来测试各种整数占用内存的大小。

       示例（book60.c）

      

       运行结果

      

       sizeof是C语言中保留关键字，是一种运算符，不是函数，sizeof实际上是获取了数据在内存中所占用的存储空间，以字节为单位。

              int ii;

              sizeof(int)和sizeof(ii)都可以。

       根据book60.c的测试结果，我们可以得到各种整数的取值范围。

类型简写	类型全称	长度	取值范围
short	[signed] short [int]	2字节	-32768~32767
unsigned short	unsigned short [int]	2字节	0~65535
int	[signed] int	4字节	-2147483648~2147483647
unsigned int	unsigned [int]	4字节	0~4294967295
long	[signed] long [int]	8字节	-9223372036854775808~9223372036854775807
unsigned long	unsigned long [int]	8字节	0~18446744073709551615

       注意：

       1）计算机用最高位1位来表达符号，unsigned修饰过的正整数不需要符号位，在表达正整数的时候比signed修饰的正整数取值大一倍。

       2）在写程序的时候，上表中括号[]的单词可以省略不书写。

       3）在写程序的时候，给整数变量赋值不能超出变量的取值范围，编译的时候会出现类似以下的错误，程序运行也可能产生不可预后的后果。

      

       4）现在计算机的内存不值钱，建议程序员少用short，慎用int，多用long，内存不是问题，程序的稳定高于一切。

整型的输出

       以下表格中，重点记住第一、二行十进制的输出格式，二十年来，八进制数我从来没有用过，十六进制数只在显示内存的地址时见过，所以大家不必关心八进制和十六进制的相关知识，了解即可。

 

%hd、%d、%ld	以十进制、有符号的形式输出int、long 类型的整数
%hu、%u、%lu	以十进制、无符号的形式输出int、long 类型的整数
%ho、%o、%lo	以八进制、不带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数
%#ho、%#o、%#lo	以八进制、带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数
%hx、%x、%lx %hX、%X、%lX	以十六进制、不带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数。如果 x 小写，那么输出的十六进制数字也小写；如果 X 大写，那么输出的十六进制数字也大写。
%#hx、%#x、%#lx %#hX、%#X、%#lX	以十六进制、带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 类型的整数。如果 x 小写，那么输出的十六进制数字和前缀都小写；如果 X 大写，那么输出的十六进制数字和前缀都大写。

       注意一个坑：输出格式控制符的类型最好与变量的类型一一对应，否则会出现意外的后果，示例：

              int i=32767;

              printf("i %hd,%d\n",i,i);

              int j=32768;

              printf("j %hd,%d\n",j,j);

       输出结果：

              i 32767,32767

              j -32768,32768     // 得到了意外的输出结果

       %hd用于输出短整数，最大值是32767，可以输出32767，但不能正常的输出32768。

       用一个小碗去装一桶水，道理上说不过去。

       补充一个常用的输出方法，在输出的整数前补0，例如今天是2019年6月5日，输出可以这么写：printf("%d-%02d-%02d",2019,6,5)，结果是2019-06-05，月份和日期如果不够两位，就在前面补0。

二进制数、八进制数和十六进制数的书写

       一个数字默认就是十进制的，表示一个十进制数字不需要任何特殊的格式。但是，表示一个二进制、八进制或者十六进制数字就不一样了，为了和十进制数字区分开来，必须采用某种特殊的写法，具体来说，就是在数字前面加上特定的字符，也就是加前缀。

1、二进制

       二进制由 0 和 1 两个数字组成，使用时必须以0b或0B（不区分大小写）开头，例如：

              // 以下是合法的二进制

              int a = 0b101;      // 换算成十进制为 5

              int b = -0b110010;  // 换算成十进制为 -50

              int c = 0B100001;   // 换算成十进制为 33

              // 以下是非法的二进制

              int m = 101010;  // 无前缀 0B，相当于十进制

              int n = 0B410;    // 4不是有效的二进制数字

       请注意，标准的C语言并不支持上面的二进制写法，只是有些编译器自己进行了扩展，才支持二进制数字。换句话说，并不是所有的编译器都支持二进制数字，只有一部分编译器支持，并且跟编译器的版本有关系。

2、八进制

       八进制由 0~7 八个数字组成，使用时必须以0开头（注意是数字 0，不是字母 o），例如：

              // 以下是合法的八进制数

              int a = 015;      // 换算成十进制为 13

              int b = -0101;    // 换算成十进制为 -65

              int c = 0177777;  // 换算成十进制为 65535

              // 以下是非法的八进制

              int m = 256;  // 无前缀 0，相当于十进制

              int n = 03A2;  // A不是有效的八进制数字

3、十六进制

       十六进制由数字 0~9、字母 A~F 或 a~f（不区分大小写）组成，使用时必须以0x或0X（不区分大小写）开头，例如：

              // 以下是合法的十六进制

              int a = 0X2A;   // 换算成十进制为 42

              int b = -0XA0;  // 换算成十进制为 -160

              int c = 0xffff;   // 换算成十进制为 65535

              // 以下是非法的十六进制

              int m = 5A;    // 没有前缀 0X，是一个无效数字

              int n = 0X3H;  // H不是有效的十六进制数字

4、十进制

       十进制由 0~9 十个数字组成，没有任何前缀，和我们平时的书写格式一样，不再赘述。

5、需要注意的坑

       在现实生活和工作中，我们在写十进制数的时候，为了对齐或其它原因，在数值前面加0是无关紧要的，但是，在C语言中，不要在十进制数前加0，会被计算机误认为是八进制数。

常用的库函数

       C语言提供了几个常用的库函数，声明如下：

              int   atoi(const char *nptr);  // 把字符串nptr转换为int整数

              long atol(const char *nptr);  // 把字符串nptr转换为long整数

              int   abs(const int j);        // 求int整数的绝对值

              long labs(const long int j);  // 求long整数的绝对值

       示例（book61.c）

      

       运行结果

      

数据类型的别名

       C语言允许程序员使用 typedef 关键字来给数据类型定义一个别名，别名一般有两个特点：1）名称更短；2）更符合程序员的习惯。

       例如unsigned int起个size_t的别名。

              typedef unsigned int size_t;

              size_t ii; 等同于 unsigned int ii;

       我喜欢把整数这样起别名：

              int不变。

              typedef unsigned int uint;

              long也不变。

              typedef unsigned long ulong;

获取随机数

       在实际开发中，我们会用到随机数这个功能，在C语言中，编写一些关于游戏之类的程序时就需要用到随机数。同时C语言也提供了一个标准库里面一个函数来产生随机数，而对于随机数的产生是根据种子（根据一个数值按照某种公式计算的）来变化的。

1、生成随机数

       在C语言中，我们使用 <stdlib.h> 头文件中的 srand和rand 函数来生成随机数。

              void srand (unsigned int seed);   // 随机数生成器的初始化函数

              int rand ();    // 获一个取随机数

       srand函数初始化随机数发生器（俗称种子），在实际开发中，我们可以用时间作为参数，只要每次播种的时间不同，那么生成的种子就不同，最终的随机数也就不同，通常我们采用 <time.h> 头文件中的 time 函数即可得到一个精确到秒的时间作为种子。

       rand函数会随机生成一个位于 0 ~ RAND_MAX 之间的整数。而对RAND_MAX 是 <stdlib.h> 头文件中的一个宏，它用来指明 rand 所能返回的随机数的最大值（CentOS 6.9中是2147483647 ）。

 

       示例（book63.c）

      

 

       运行结果

      

2、生成一定范围随机数

       在实际开发中，需求往往是一定范围内的随机数，对于产生一定范围的随机数，就需要使用一定的技巧，常用的方法是取模运算，再加上一个加法运算：

              int a = rand() % 50;   // 产生0~49的随机数

       如果要规定上下限：

              int a = rand() % 51 + 100;   // 产生100~150的随机数

       取模即取余数，rand()%51+100，rand()%51是产生 0~50 的随机数，后面+100保证 a 最小只能是 100，最大就是 50+100=150。

注意事项

       1）采用gdb调试程序，gdb调试程序是基本技能，与程序员的水平高低无关。只要看不出程序的错误原因，就可以gdb来调试。

       2）写程序不能碰运气，必须对自己写的代码有百分之百的把握，行有行的道理，不行有不行的原因，如果不行，可能是你对某个知识点没搞明白，还有坑，既然有坑，就要解决，不要绕过，要搞清楚原因。

       3）有问题不要埋头苦搞，如果一个问题20分钟还没有解决，就在群中提出来。凡事都有一个度，过之犹如不及，把一个小问题搞半天是浪费时间。

课后作业

1、编写示例程序，判断short、unsigned short、int、unsigned int、long、unsigned long占用内存的字节数。

2、选择题：请问int的取值范围是多少？

（A）二十多亿   (B) -2147483648~2147483647  (C) 0~4294967295

3、选择题：请问long的取值范围是多少？

（A）很多个亿   (B) 足够大  (C) -9223372036854775808~9223372036854775807

4、编写示例程序，从界面上输入数字的字符串，并存放在字符串变量中，然后用atoi转换为整数，加上100后再输出到屏幕。

5、在C语言中，还有一种long long int的整数，各位写一个程序，测试它占用内存的字节数和取值范围，并思考long long int类型是否具备实用价值。

6、编写示例程序，测试short、unsigned short、int、unsigned、long、unsigned long赋值超出了取值范围的后果。

7、重写整数的abs和labs库函数，实现其功能，函数的声明如下：

       int   ABS(const int j);                 // 求int整数的绝对值

       long LABS(const long int j);           // 求long整数的绝对值

8、自定义一个函数，函数名是ctoi，利用已经学习的知识，把字符的'0'、'1'、'2'、'3'、'4'、'5'、'6'、'7'、'8'、'9'转换为整数的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。函数的声明如下：

       int ctoi(const char chr);

       chr为用字符方式表示的数字，函数的返回值为数字的整数。

       提示：采用if或switch语句，判断chr的值，直接返回结果。

       调用示例：

       printf("'0' is %d\n",ctoi('0'));    // 输出结果是'0' is 0

       printf("'9' is %d\n",ctoi('9'));    // 输出结果是'9' is 9

以下作业题难度较大，如果无法完成，不要过于纠结，以后功力提升了再做。

9、自定义一个函数，函数名是POW，利用已经学习的知识，求一个数的n次幂，函数的声明如下：

       long  POW(const int x,const int y);

       求x的y次幂，函数返回值为x的y次幂。

       调用示例：

       printf("POW(2,3) is %lu\n",POW(2,3));      // 输出结果是8

       printf("POW(10,3) is %lu\n",POW(10,5));    // 输出结果是100000

10、编写示例程序，把数字的字符串的数字全部加起来，例如字符串是"90576483975423"，全部加起来结果是72。

11、重写整数的atoi和atol库函数，实现其功能，函数的声明如下：

       int   ATOI(const char *nptr);        // 把字符串nptr转换为int整数

       long ATOL(const char *nptr);    // 把字符串nptr转换为long整数

       提示：例如字符串的"12305"，转为整数12305，

       可以写成10000+2000+300+0+5

       可以写成1*104+2*103+3*102+0*101+5*100

12、生成五十二个随机数，存放在数组中，范围是1-52，不允许重复，最后在屏幕上显示出来。

13、编写一个扑克的发牌程序，一副牌除了大小王，还有52张牌，随机洗牌，再发给四个人。

      提示：

       1）把一副牌的全部牌面可以用1-52的数值表示，数组是一个好选择；

       2）洗牌就是生成范围在1-52之间不重复的随机数。

       3）定义四个数组，代表四个人，把洗好的52个数按顺序赋给四个数组就行了。如果不想定义四个数组，用一个二维数组也行。

       4）把四个数组的值显示出来，就是每个人的牌面。