C 常量

C 语言常量与字面量 (Constants and Literals)

在 C 语言中，术语 常量 (constant) 可以指代两个相关的概念：

• 字面量 (Literals): 这些是直接写在源代码中的固定值，例如 123, 3.14, ‘A’, 或 “Hello”。它们的类型根据格式推断。
• 常量变量 (Constant Variables): 这些是使用 const 关键字声明的变量，其值在初始化后不能修改。

字面量代表程序执行期间不会改变的值。它们可以是各种基本数据类型。

整型字面量 (Integer Literals)

整型字面量代表整数。它们可以用不同的进制指定：

• 十进制 (Decimal): 没有前缀（例如，123, -45）。
• 八进制 (Octal): 前缀 0（例如，077 表示十进制的 63）。只使用数字 0-7。
• 十六进制 (Hexadecimal): 前缀 0x 或 0X（例如，0xFF 表示十进制的 255，0x1a 表示十进制的 26）。使用数字 0-9、a-f、A-F。
• 二进制 (Binary)（C23 标准）： 前缀 0b 或 0B（例如，0b1011 表示十进制的 11）。注意：请检查编译器对 C23 特性的支持。

整型字面量可以带后缀 (suffixes) 来显式指定其类型：

• u 或 U 表示 unsigned (无符号整型)。
• l 或 L 表示 long (长整型)。
• ll 或 LL 表示 long long (长长整型)（C99 及更高版本）。

后缀可以组合使用（例如，ul, ULL, Lu）。顺序不重要，大小写会被忽略。

整型字面量示例：

212         // int (十进制)
215u        // unsigned int (无符号整型)
0xFeeL      // long int (十六进制)
076         // int (八进制)
456ULL      // unsigned long long (C99, 无符号长长整型)
0b101010ul  // unsigned long (C23, 无符号长整型, 二进制)

// 常见错误：
// 078      // 非法：8 不是八进制数字
// 0xFG     // 非法：G 不是十六进制数字
// 32UU     // 非法：不能重复同类型的后缀 (U)

浮点型字面量 (Floating-Point Literals)

浮点型字面量代表实数（带小数部分 (fractional part) 的数字）。它们可以写成：

• 十进制形式 (Decimal form): 必须包含小数点、指数 (exponent) 或两者都有（例如，3.14159, 123., .456, 1e-5）。
• 指数形式 (Exponential form): 使用 e 或 E 后跟一个带符号的整型指数（例如，314159E-5L 表示 314159 * 10^-5）。

默认情况下，浮点型字面量的类型是 double (双精度浮点型)。后缀可以指定其他浮点类型：

• f 或 F 表示 float (单精度浮点型)。
• l 或 L 表示 long double (长双精度浮点型)。

浮点型字面量示例：

3.14159       // double (双精度)
3.14f         // float (单精度)
123.456L      // long double (长双精度)
1.23e10       // double (1.23 * 10^10)
-5.E-2        // double (-0.05)
.001F         // float (单精度)

// 常见错误：
// 510E       // 非法：指数不完整
// 210f       // 非法：浮点字面量需要小数点或指数
// .e55       // 非法：指数前缺少整数或小数部分

字符常量 (Character Constants)

字符常量代表一个用单引号 (single quotes)（’ ‘）括起来的单个字符。在 C 语言中，其类型是 int (整型)。

示例：‘a’, ’%’, ‘7’。

特殊字符可以使用转义序列 (escape sequences) 表示，它们以反斜杠 (backslash)（</code>）开头：

转义序列	含义
\n	换行 (Newline)
\t	水平制表符 (Horizontal tab)
\a	响铃 (Alert/bell)
\b	退格 (Backspace)
\r	回车 (Carriage return)
\f	换页 (Form feed)
\v	垂直制表符 (Vertical tab)
\	反斜杠字符 (\)
‘	单引号字符 (')
“	双引号字符 (")
?	问号字符 (?)（用于避免三字符组 (trigraphs)，现已基本弃用）
\ooo	由八进制值 (octal value) 表示的字符（一到三位数字）
\xhh…	由十六进制值 (hexadecimal value) 表示的字符（一位或多位数字）

使用转义序列的示例：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("First line.\nSecond line with\ttab.\nBell sound:\a\n");
    printf("Display single quote: \' and double quote: \"\n");
    printf("Character with octal 77: %c\n", '\77'); // 八进制 77 是十进制 63，ASCII 码 '?'
    printf("Character with hex 41: %c\n", '\x41'); // 十六进制 41 是十进制 65，ASCII 码 'A'
    return 0;
}

输出（可能因终端而略有不同）：

First line.
Second line with    tab.
Bell sound:
Display single quote: ' and double quote: "
Character with octal 77: ?
Character with hex 41: A

字符串字面量 (String Literals)

字符串字面量是用双引号 (double quotes)（” “）括起来的字符序列。它表示一个字符数组 (array of characters)，自动以空字符 (null character)（‘\0’）结尾。

示例：“Hello, world!\n”。这个字面量创建一个包含 14 个字符和一个最终的 ‘\0’ 的数组。

字符串字面量可以像字符常量一样包含转义序列。

相邻字符串字面量 (Adjacent string literals) 会被编译器自动连接 (concatenated) 成一个字符串字面量。这对于将长字符串分成多行书写很有用：

// 这三个定义创建了相同的字符串：
const char* str1 = "A long string literal.";

const char* str2 = "A long "
                   "string literal.";

const char* str3 = "A" " long" " string" " literal.";

定义常量 (Defining Constants)

在 C 语言中有两种主要方式来定义命名常量：

1. 使用 #define 预处理器指令 (preprocessor directive)。
2. 使用 const 关键字。

#define 预处理器 (Preprocessor)

#define 创建一个宏 (macro)。预处理器 (preprocessor) 在编译开始前，会将每个标识符的出现替换为指定的值。

语法：#define IDENTIFIER value

示例：

#include <stdio.h>

#define PI 3.14159
#define GREETING "Hello"
#define NEWLINE '\n'

int main(void) {
    double radius = 5.0;
    double circumference = 2 * PI * radius;

    printf("%s, the circumference is: %.2f%c", GREETING, circumference, NEWLINE);

    return 0;
}

输出：

Hello, the circumference is: 31.42

优点： 定义常量不使用内存（简单的文本替换 (text replacement)）。可以定义宏函数 (macro functions)（尽管通常有更好的替代方案）。

缺点： 编译器不进行类型检查 (Type checking)。如果将复杂表达式用作值，可能导致意外行为（请使用括号！）。不像变量那样受到调试器 (debuggers) 的支持。

const 关键字

const 关键字修饰变量声明 (qualifies a variable declaration)，表明其值在初始化后不能更改。这些通常被称为“常量变量 (constant variables)”。

语法：const type variable_name = value;

示例：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    const int MAX_USERS = 100;
    const double GRAVITY = 9.81;
    const char TAB_CHAR = '\t';

    printf("Max users: %d%cGravity: %.2f\n", MAX_USERS, TAB_CHAR, GRAVITY);

    // Error: Cannot assign to read-only variable 'MAX_USERS'
    // MAX_USERS = 150;

    return 0;
}

输出：

Max users: 100  Gravity: 9.81

优点： 类型安全（编译器检查类型）。遵循作用域规则 (scope rules)。可以被调试器 (debuggers) 查看。通常优先于 #define 用于定义带类型的常量。

注意： 按照惯例，#define 宏的标识符通常全大写（例如，MAX_USERS）。虽然这个约定有时也用于 const 变量，但并不普遍；标准的变量命名约定 (standard variable naming conventions)（例如，camelCase (驼峰命名法) 或 snake_case (蛇形命名法)）对于 const 变量也很常见。