C語言探索之旅 | 第一部分第七課：運算那點事

做者 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」。 轉載請註明出處。 原文：www.jianshu.com/p/7bc4493eb…

《C語言探索之旅》全系列

內容簡介

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1. 前言
2. 基礎運算
3. 變量之間的運算
4. 縮寫
5. 數學庫
6. 總結
7. 第一部分第八課預告

1. 前言

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上一課是 C語言探索之旅 | 第一部分第六課：變量的世界（三），顯示變量內容 。

今天，咱們一塊兒來學習 C語言（對大多數編程語言也相似）中的運算。

以前的課中，咱們已經說過：電腦是一臺「笨笨」的機器，只會作計算。

無論你是用電腦來聽音樂，仍是用電腦來看電影，玩遊戲，其實電腦只是在作運算。否則怎麼叫「計算機」呢？

這一課咱們一塊兒來學習電腦能實現的大多數運算。咱們會繼續使用上一課學到的變量的知識。其實，就是對變量作加，減，乘，除，取模，等等各類操做。

即便你對數學不感興趣，這一課也是必不可少的。硬着頭皮上吧~

2. 基礎運算

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說到基礎運算，無外乎：

• 加
• 減
• 乘
• 除
• 取模 （若是你是第一次據說，不用擔憂，咱們後面會解釋）

其實你的電腦也只知道作這些基礎運算，若是你要它作更復雜的運算（平方，乘方，對數，等），那你須要編程才行，就是說你須要向電腦解釋怎麼作。

可是，很幸運的是，在這一課中咱們會看到其實 C語言已經設計好了數學庫（關於庫的知識，請看之前的課程。簡單地說就是已經編寫好的，能夠供你的程序調用的各類變量和函數的集合），你只要用專家定義好的庫裏面的內容就行了，不須要本身重複「造輪子」。

一開始，咱們從加法開始看吧。

爲了在 C語言中作加法，咱們要用到 + 號。不開玩笑，就是這麼簡單。

你要把加法的結果放到一個變量裏面。咱們就來建立一個整數類型的變量，取名叫 result（表示「結果」）。

int result = 0;
result = 4 + 6;
複製代碼

沒必要是專業數學家，也能夠猜測到程序運行後 result 的值會變爲 10，咱們用 printf 函數來輸出結果：

printf("4 + 6 = %d", result);
複製代碼

運行程序，顯示：

4 + 6 = 10
複製代碼

看吧，加法就是這麼簡單，一點也不任性。

對於其餘的運算類型，也是一樣的原理。只有運算符不一樣，見下表：

運算	符號
加法	+
減法	-
乘法	*
除法	/
取模	%

若是你曾經使用過電腦上的計算器，你確定知道這些符號。除了最後兩個（除和取模），其餘應該很熟悉。咱們就來講說最後兩個符號。

除法

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當沒有餘數時，除法運行得好好的。好比，6 / 3 等於 2，你的電腦給了你正確的答案。到這裏爲止尚未問題。

可是，咱們假如讓電腦作 5 / 2，按理結果應該是 2.5。可是，來看看咱們的程序：

int result = 0; 
result = 5 / 2;
printf ("5 / 2 = %d", result);
複製代碼

運行程序，顯示：

5 / 2 = 2
複製代碼

咱們讓電腦計算 5 / 2，期待的結果是 2.5，可是實際上電腦卻給出了 2。這不是「很二」嘛... 親愛的電腦，你怎麼能夠這樣對我？

其實，內有蹊蹺。難道咱們的電腦真的在這點上這麼蠢笨嗎？

事實上，當電腦看到數字 5 和 2 時，它會作一個整數之間的除法（也叫作「歐幾里得除法」），就是說它會把結果截取一段，只留下整數部分（這裏是 2）。

你也許會說：「啊，我知道了，都是由於 result 這個變量是整數類型嘛。若是把 result 聲明爲 double 類型的浮點數，那它應該能夠儲存帶小數點的數啦。」

其實否則，這不是緣由。假如你把 result 聲明爲 double 類型，運算 result = 5 / 2，你仍是會獲得 2。事實上，這是由於 / 運算符兩邊的數是整數，因此電腦會作整數之間的除法。

固然，也是可讓電腦輸出你想要的結果的，怎麼辦呢？看下面程序：

double result = 0; 
result = 5.0 / 2.0;
printf ("5 / 2 = %f", result);
複製代碼

運行，顯示：

5 / 2 = 2.500000
複製代碼

看到了嗎，若是要你的電腦顯示正確結果，還須要你把運算符兩邊的數寫成 5.0 和 2.0（一樣是 5 和 2，可是電腦卻認爲這兩個是浮點數，所以它就作浮點數的除法）。怎麼樣，電腦任性不？

這個整數除法的特性很重要。因此得記住，對於電腦來講：

5 / 2 = 2

10 / 3 = 3

4 / 5 = 0
複製代碼

有點使人吃驚，不是麼？但這就是電腦作整數運算的方式。

若是你想要獲得浮點數的結果，須要運算的數自己是浮點數（提一下，其實不須要兩個數都是浮點數，一個是浮點數就夠了，電腦會自動把另外一個也認爲是浮點數來作運算）：

5.0 / 2.0 = 2.5

10 / 3.0 = 3.33333

4.0 / 5 = 0.8
複製代碼

事實上，在作整數除法時，好比 5 / 2，你的電腦會回答下面問題：「5裏面有多少個 2 ？」，答案是兩個。一樣的，「10 裏面有多少個 3 呢」，答案是三個。

而後你又會問了，咱們怎麼才能獲取到除法剩下的數（餘數）呢？

這就要輪到取模運算出場了。

取模

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取模運算是得到除法的餘數的一種數學運算。可能相比 加、減、乘、除這基本的四則運算來講，它沒有那麼被人熟知，但對電腦來講，取模是基本的運算之一。頗有多是爲了解決上面提到的整數除法的難題。

上面表格裏列出來了，取模的符號是 %

如下列出一些取模運算的例子：

5 % 2 = 1

14 % 3 = 2

4 % 2 = 0
複製代碼

取模運算 5 % 2 是除法運算 5 / 2 的餘數，因此是 1。電腦計算 5 = 2 * 2 + 1，因此取模運算就得出 1 爲結果。

一樣地，14 = 3 * 4 + 2，因此餘數爲 2。

4 = 2 * 2，因此餘數爲 0。

好了，我宣佈一個好消息：「咱們已經學了全部的基礎運算了。數學課下課了~」

3. 變量之間的運算

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誒，變量之間的運算？

怎麼數學老師剛走，又來了數學教授啊？沒辦法，電腦又名計算機，確定要跟數學打點交道的嘛。幸好來的不是「叫獸」。

既然咱們在上面一節中已經學習了基礎的 5 種運算，那如今能夠來看看變量之間的運算咯。

事實上，變量之間的運算也是同理。

result = number1 + number2;
複製代碼

上面這一行代碼對 number1 和 number2 這兩個變量作加法運算，而且把結果儲存到 result 這個變量裏。

如今咱們的學習愈來愈有意思了。其實你如今已經能夠實現一個迷你的計算器的功能了，不要懷疑本身，你能夠的。

想象一個程序，請求用戶輸入兩個數，這兩個數，你將其儲存在變量裏。

而後，你對這兩個變量作加法，而且把結果儲存在另外一個變量裏。接下來，你就只須要把計算的結果顯示在屏幕上就行了，讓用戶看看電腦的本領，不少人作加法可沒有這麼快速呢！

試着本身編寫以上程序，很簡單的，也能夠給你練手。

固然了，咱們仍是把代碼寫上：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int result = 0, number1 = 0, number2 = 0;

    // 請求用戶輸入number1和number2的值：
    printf("請輸入數字1 : ");
    scanf("%d", &number1);
    printf("請輸入數字2 : ");
    scanf("%d", &number2);

    // 作運算：
    result = number1 + number2;

    // 把運算結果顯示在屏幕上 :
    printf ("%d + %d = %d\n", number1, number2, result);

    return 0;
}
複製代碼

運行，顯示：

請輸入數字1 : 289
請輸入數字2 : 376
289 + 376 = 665
複製代碼

可能你還沒意識到：這是咱們第一個有點意思的程序。咱們的程序請求用戶輸入兩個數，而後作加法，再把結果輸出到屏幕上。很棒吧！

請你本身也試着用其餘四個基礎運算符來寫程序，看看結果如何。

4. 縮寫

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以前咱們保證過，不會再有新的運算形式出現了。確實如此，咱們已經知道了全部的基礎運算：加、減、乘、除、取模。用這些基礎運算咱們能夠作全部事情。不須要其餘的運算了。

我知道這很難使人相信。你會說難道一個很複雜的 3D 遊戲最終也是由加、減、乘、除等構成的？是的，確實如此。

雖然如此，可是在 C語言裏咱們還能夠進行運算的縮寫。

爲何要縮寫呢？由於不少時候咱們作的運算都是重複的。下面你就會看到縮寫的好處了。

自增運算

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你會發現你在編程中常常要對一個變量進行 +1 操做。

假設你的變量名字是 number，你知道怎麼對它進行 +1 操做嗎？是這樣作的：

number = number + 1;
複製代碼

上面的語句作了什麼呢？

首先咱們作運算 number + 1，而後咱們把運算結果儲存到變量 number （它本身）中。

所以，假如咱們的變量值是 4，運算後變成 5 了，假如它的值是 8，那會變成 9，依此類推。

這個運算是重複的。要知道，計算機科學家都是很懶的人，他們可不但願輸入兩遍 number（確實也挺累人的）。

因而他們發明了一個縮寫形式，叫作自增運算。它的結果和 +1 操做是同樣的：

number++;
複製代碼

這一行代碼，就是用了自增運算符 ++，是否是比剛纔那句 number = number + 1 簡單了？它意味着「對 number 作 +1 運算」。

敏銳的讀者可能想到了，編程語言 C++ 的 ++ 符號其實正是自增運算符的意思。我之前也不太理解爲何不是 C+，而是 C++。

原來計算機科學家跟你們開了一個頗有意味的玩笑：C++ 意味着對 C 作 +1 操做，表示「比 C語言多一點」。

固然了，事實上 C++ 只是用不一樣的方式來編程，並非說 C++ 比 C語言更優秀，只是不一樣而已。

自減運算

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知道了自加運算的原理，自減運算應該不難理解吧：就是對變量進行 -1 運算。

number--;
複製代碼

其餘的縮寫形式

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同理，其餘還有好幾種運算的縮寫形式。好比 number = number * 2; 能夠寫成 number *= 2; 。

看如下代碼：

int number = 2;

number += 4;  // number 變爲 6
number -= 3;  // number 變爲 3
number *= 5;  // number 變爲 15
number /= 3;  // number 變爲 5
number %= 3;  // number 變爲 2（由於 5 = 1 * 3 + 2）
複製代碼

5. 數學庫

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在 C語言中，咱們有一些稱之爲「標準庫」的東西，就是那些很實用的庫。咱們通常會常用那些基礎庫。

複習一下：庫就是指已經定義好的函數和變量的集合。這些函數由前人寫成，能夠避免咱們重複「造輪子」。

咱們已經使用過 stdio.h 庫中的 printf 和 scanf 這兩個函數了。

其實還有不少其餘很實用的庫，其中就有一個叫 math.h，裏面包含了與數學相關的函數。

實際上，光是加、減、乘、除、取模是不夠的。雖然底層都是這五個運算，可是不少時候咱們須要作複雜的運算形式，就須要調用庫或者本身寫函數了。

由於電腦並沒辦法理解除了 +，-，*，/，% 以外的運算符，好比你若是要電腦作乘方，輸入 5 ^ 2，電腦徹底不理解什麼意思，除非你調用數學庫裏已經定義好的作乘方的函數。

調用數學庫很簡單，

#include <math.h>
複製代碼

只要用這一行代碼，接下來你的程序就能夠用裏面定義的全部函數了。

咱們介紹其中幾個最經常使用的吧。

fabs

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這個函數返回絕對值：

• 若是你傳給這個函數 -53，它會返回 53 。
• 若是你傳給這個函數 53，它會返回 53 。

double absolute = 0, number = -29;
absolute = fabs(number);   // absolute 的值變爲 29
複製代碼

ceil

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這個函數返回給出的浮點數後面緊接的整數。這是一種舍入的方式。ceil 函數老是舍入緊鄰的比參數大的整數。

double above = 0, number = 34.81;
above = ceil(number);  // above 的值變爲 35
複製代碼

floor

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這個函數與 ceil 的做用相對，返回給出的浮點數前面緊接的整數。

double below = 0, number = 45.63;
below = floor(number);   // below 的值變爲 45
複製代碼

pow

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這個函數計算數字的乘方。你要給它兩個參數：底數和指數。

double result = 0, number = 2;
result = pow(number, 4);  // result 的值變爲 16（2 ^ 4 = 16）
複製代碼

sqrt

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這個函數返回參數的平方根。返回值是 double 類型。

double result = 0, number = 100;
result = sqrt(number);  // result 的值變爲 10
複製代碼

sin, cos, tan

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這三個函數是計算正弦，餘弦，正切的值。

asin, acos, atan

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這三個函數是計算反正弦，反餘弦，反正切的值。

exp

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這個函數是特殊的乘方形式，返回以 e（天然對數的底數，近似等於2.7182）爲底數的指數運算的值。

log

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這個函數返回以 e 爲底的對數值（咱們學數學時也寫成 ln）。

log10

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這個函數返回以 10 爲底的對數值。

6. 總結

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1. 電腦只知道計算。

2. 電腦會的運算類型很基本：加、減、乘、除、取模（取模就是作除法後剩下的部分）。

3. 自加是將變量加一的運算，寫成 variable++ 。

4. 自減是將變量減一的運算，寫成 variable-- 。

5. 爲了增長電腦能知道的運算形式，須要載入數學庫（#include <math.h>）。

6. 數學庫裏有更高級的函數，例如 乘方，平方根，舍入，指數，對數，等。

7. 第一部分第八課預告

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今天的課就到這裏，一塊兒加油吧！

下一課：C語言探索之旅 | 第一部分第八課：條件表達式

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我是 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」運營者，慕課網精英講師 Oscar 老師，終生學習者。 熱愛生活，喜歡游泳，略懂烹飪。 人生格言：「向着標杆直跑」