【C语言探索之旅】第一部分第五课：运算那点事

内容简介

1、课程大纲

2、第一部分第五课：运算那点事

3、第一部分第六课预告：条件表达式

课程大纲

我们的课程分为四大部分，每一个部分结束后都会有练习题，并会公布答案。还会带大家用C语言编写三个游戏。

C语言编程基础知识

什么是编程？
工欲善其事，必先利其器
你的第一个程序
变量的世界
运算那点事
条件表达式
循环语句
实战：第一个C语言小游戏
函数
练习题
习作：完善第一个C语言小游戏

C语言高级技术

模块化编程
进击的指针，C语言王牌
数组
字符串
预处理
创建你自己的变量类型
文件读写
动态分配
实战：“悬挂小人”游戏
安全的文本输入
练习题
习作：用自己的语言解释指针

用基于C语言的SDL库开发2D游戏

安装SDL
创建窗口和画布
显示图像
事件处理
实战：“超级玛丽推箱子”游戏
掌握时间的使用
用SDL_ttf编辑文字
用FMOD控制声音
实战：可视化的声音谱线
练习题

数据结构

链表
堆，栈和队列
哈希表
练习题

第一部分第五课：运算那点事

《变量的世界》这一课分了三章，小编有点对不住大家。因为一个人，又要上班，所以时间不多。

不过又到周末了，可以有比较多的时间来编辑文章。

今天一起来学习C语言（对大多数编程语言也类似）中的运算。

之前的课中，我们已经说过：电脑是一台“笨笨”的机器，只会做计算。不管你是用电脑来听音乐，还是用电脑来看电影，玩游戏，其实电脑只是在做运算。不然怎么叫“计算机”呢？

这一课我们一起来学习电脑能实现的大多数运算。我们会继续使用我们上一课学到的变量的知识。其实，就是对变量做加，减，乘，除，取模，等等各种操作。

即使你对数学不感兴趣，这一课也是必不可少的。硬着头皮上吧。

基础运算

说到基础运算，无外乎

加

减

乘

除

取模（如果你是第一次听说，不用担心，我们后面会解释）

其实你的电脑也只知道做这些基础运算，如果你要它做更复杂的运算（平方，乘方，对数等），那你需要编程才行，就是说你需要向电脑解释怎么做。但是，很幸运的是，在这一课中我们会看到其实C语言已经设计好了数学库（关于库的知识，请看以前的课程。简单地说就是已经编写好的，可以供你的程序调用的各种变量和函数的集合），你只要用专家定义好的库里面的内容就好了。不需要自己重复“造轮子”。

一开始，我们从加法开始看吧。

为了在C语言中做加法，我们要用到 + 号，不开玩笑，就是这么简单。

你要把加法的结果放到一个变量里面。我们就来创建一个整数类型的变量，取名叫“result” （英语 “结果” 的意思）。

;

result = + ;

不必是专业数学家，也可以猜想到程序运行后result的值会变为10，我们用printf函数来输出结果：

printf("4 + 6 = %d", result);

运行程序，显示：

4 + 6 = 10

看吧，加法就是这么简单，一点也不任性。

对于其他的运算类型，也是同样的原理。只有运算符不同，见下表：

运算	符号
加法	`+`
减法	`-`
乘法	`*`
除法	`/`
取模	`%`

如果你曾经使用过电脑上的计算器，你肯定知道这些符号。除了最后两个（除和取模），其他应该很熟悉。我们就来说说最后两个符号。

除法

当没有余数时，除法运行得好好的。比如，6 / 3 等于 2，你的电脑给了你正确的答案。到这里为止还没有问题。

但是，我们假如让电脑做 5 / 2，照理结果应该是 2.5，但是，来看看我们的程序：

int result = 0;

result = 5 / 2;

printf ("5 / 2 = %d", result);

运行程序，显示：

5 / 2 = 2

我们让电脑计算 5 / 2，期待的结果是 2.5，但是实际上电脑却给出了 2。这不是很二嘛...亲爱的电脑，你怎么可以这样对我。

其实，内有蹊跷。难道我们的电脑真的在这点上这么蠢笨吗？

事实上，当电脑看到数字5和2时，它会做一个整数之间的除法（也叫做《欧几里得除法》）。就是说它会把结果截取一段，只留下整数部分（这里是2）。

你也许会说：啊，我知道了，都是因为result这个变量是整数嘛。如果result声明为double类型的浮点数，那它应该可以储存带小数点的数啦。

其实不是，这不是原因。假如你把result声明为double类型，做

result = 5 / 2，你还是会得到2。事实上，这是因为运算符两边的数是整数，所以电脑会做整数之间的除法。

当然，也是可以让电脑输出你想要的结果的，怎么办呢？看下面程序：

double result = 0;

result = 5.0 / 2.0;

printf ("5 / 2 = %f", result);

运行，显示：

5 / 2 = 2.500000

看到了吗，如果要你的电脑显示正确结果，还需要你把运算符两边的数写成 5.0和2.0（同样是5和2，但是电脑却认为这两个是浮点数，因此它就做浮点数的除法），怎么样，电脑任性不？

这个整数除法的特性很重要。所以得记住，对于电脑来说：

5 / 2 = 2
10 / 3 = 3
4 / 5 = 0

有点令人吃惊，不是么？但是这就是电脑做整数运算的方式。

如果你想要得到浮点数的结果，需要运算的数本身是浮点数（提一下，其实不需要两个数都是浮点数，一个是浮点数就够了，电脑会自动把另一个也认为是浮点数来做运算）：

5.0 / 2.0 = 2.5
10 / 3.0 = 3.33333
4.0 / 5 = 0.8

事实上，在做整数除法时，比如 5 / 2，你的电脑会回答下面问题：“5里面有多少个2？”，答案是两个。同样的，“10里面有多少个3呢”，答案是三个。

然后你又会问了，我们怎么才能获取到除法剩下的数（余数）呢？

这就要轮到取模运算出场了。

取模

取模运算是获得除法的余数的一种数学运算。可能相比加、减、乘、除这基本的四则运算来说，它没有那么被人熟知，但对电脑来说，取模是基本的运算之一。很有可能是为了解决上面提到的整数除法的难题。

上面表格里列出来了，取模的符号是 %

以下列出一些取模运算的例子：

5 % 2 = 1
14 % 3 = 2
4 % 2 = 0

取模运算 5 % 2 是除法运算 5 / 2的余数，所以是 1。电脑计算 5 = 2 * 2 + 1，所以取模运算就得出1为结果。

同样地， 14 = 3 * 4 + 2，所以余数为2。

4 = 2 * 2，所以余数为0。

好了，我宣布一个好消息：我们已经学了所有的基础运算了，数学课下课了。

变量之间的运算

诶，怎么数学老师刚走，又来了数学教授啊？没办法，电脑又名计算机，肯定要跟数学打点交道的嘛。幸亏来的不是“叫兽”。

既然我们在上面一节中已经学习了基础的5种运算，那现在可以来看看变量之间的运算咯。

事实上，变量之间的运算也是同理。

result = number1 + number2;

上面这一行代码对number1和number2这两个变量做加法运算，并且把结果储存到result这个变量里。

现在我们的学习越来越有意思了。其实你现在已经可以实现一个迷你的计算器的功能了，不要怀疑自己，你可以的。

想象一个程序，请求用户输入两个数，这两个数，你将其储存在变量里。

然后，你对这两个变量做加法，并且把结果储存在另一个变量里。接下来，你就只需要把计算的结果显示在屏幕上就好了，让用户看看电脑的本领，很多人做加法可没有这么快速呢！

试着自己编写以上程序，很简单的，也可以给你练手。

当然了，我们还是把代码写上：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

int result = 0, number1 = 0, number2 = 0;

// 请求用户输入number1和number2的值：

printf("请输入数字1 : ");

scanf("%d", &number1);

printf("请输入数字2 : ");

scanf("%d", &number2);

// 做运算：

result = number1 + number2;

// 把运算结果显示在屏幕上 :

printf ("%d + %d = %d\n", number1, number2, result);

return 0;

}

运行，显示：

请输入数字1 : 289

请输入数字2 : 376

289 + 376 = 665

可能你还没意识到：这是我们第一个有点意思的程序。我们的程序请求用户输入两个数，然后做加法，再把结果输出到屏幕上，很棒吧！

请你自己也试着用其他四个基础运算符来写程序，看看结果如何。

缩写

之前我们保证过，不会再有新的运算形式出现了。确实如此，我们已经知道了所有的基础运算：加、减、乘、除、取模。用这些基础运算我们可以做所有事情。不需要其他的运算了。我知道这很难令人相信。你会说难道一个很复杂的3D游戏最终也是由加、减、乘、除等构成的？是的，确实如此。

虽然如此，但是在C语言里我们还可以进行运算的缩写。

为什么要缩写呢？因为很多时候我们做的运算都是重复的。下面你就会看到缩写的好处了。

自增运算

你会发现你在编程中经常要对一个变量进行+1操作。

假设你的变量名字是number，你知道怎么对它进行+1操作吗？是这样做的：

number = number + 1;

上面的语句做了什么呢？

首先我们做运算 number + 1，然后我们把运算结果储存到变量 number （它自己）中。

因此，假如我们的变量值是4，运算后变成5了，假如它的值是8，那会变成9，依此类推。

这个运算是重复的。要知道，计算机科学家都是很懒的人，他们可不希望输入两遍number（确实也挺累人的）。

于是他们发明了一个缩写形式，叫做自增运算。它的结果和+1操作是一样的：

number++;

这一行代码，就是用了自增运算符 ++，是不是比刚才那句 number = number + 1简单了？它意味着“对number做+1运算”。

敏锐的读者可能想到了，在编程语言C++中的++符号其实正是自增运算符的意思，我以前也不太理解为什么不是C+，而是C++。原来计算机科学家跟大家开了一个很有意味的玩笑：C++意味着对C做+1操作。当然了，事实上，C++只是用不同的方式来编程，并不是说C++比C更优秀，只是不同而已。

自减运算

知道了自加运算的原理，自减运算应该不难理解吧：就是对变量进行-1运算。

number--;

其他的缩写形式

同理，其他还有好几种运算的缩写形式。比如 number = number * 2; 可以写成 number *= 2;

看以下代码：

int number = 2;

number += 4; // number变为6

number -= 3; // number变为3

number *= 5; // number变为15

number /= 3; // number变为5

number %= 3; // number变为2 （因为 5 = 1 * 3 + 2）

数学库

在C语言中，我们有一些称之为“标准库”的东西，就是那些很实用的库。我们一般会经常使用那些基础库。

给大家复习一下：库就是指已经定义好的函数和变量的集合。这些函数由前人写成，可以避免我们“重复造轮子”。

我们已经使用过 stdio.h 库中的printf和scanf这两个函数了。

其实还有很多其他很实用的库，其中就有一个叫 math.h，里面包含了数学相关的函数。

实际上，光是加、减、乘、除、取模是不够的。虽然底层都是这五个运算，但是很多时候我们需要做复杂的运算形式，就需要调用库或者自己写函数了。因为电脑并没办法理解除了+，-，*，/，%之外的运算符，比如你如果要电脑做乘方，输入 5 ^ 2，电脑完全不理解什么意思，除非你调用数学库里已经定义好的做乘方的函数。

调用数学库很简单，

#include <math.h>

只要这一行代码，接下来你的程序就可以用里面定义的所有函数了。

我们介绍其中几个最常用的吧。

fabs

这个函数返回绝对值：

如果你传给这个函数 -53，它会返回53

如果你传给这个函数53，它会返回53

double absolut = 0, number = -29;

absolut = fabs(number); // absolut的值变为29

ceil

这个函数返回给出的浮点数后面紧接的整数。这是一种舍入的方式。ceil函数总是舍入紧邻的比参数大的整数。

double above = 0, number = 34.81;

above = ceil(number); // above的值变为35

floor

这个函数与ceil的作用相对，返回给出的浮点数前面紧接的整数。

double below = 0, number = 45.63;

below = floor(number); // below的值变为45

pow

这个函数计算数字的乘方。你要给它两个参数：底数和指数。

double result = 0, number = 2;

result = pow(number, 4); // result的值变为16 （2 ^ 4 = 16）

sqrt

这个函数返回参数的平方根。返回值是double类型

double result = 0, number = 100;

result = sqrt(number); // result的值变为10

sin, cos, tan

这三个函数是计算正弦，余弦，正切的值。

asin, acos, atan

这三个函数是计算反正弦，反余弦，反正切的值。

exp

这个函数是特殊的乘方形式，返回以e（自然对数的底数，近似等于2.7182）为底数的指数运算的值

log

这个函数返回以e为底的对数值（我们学数学时也写成 ln）

log10

这个函数返回以10为底的对数值

总结

电脑只知道计算
电脑会的运算类型很基本：加、减、乘、除、取模（取模就是做除法后剩下的部分）
自加是将变量加一的运算，写成 variable++
自减是将变量减一的运算，写成 variable--
为了增加电脑能知道的运算形式，需要载入数学库（#include <math.h>）
数学库里有高级一些的函数，例如乘方，平方根，舍入，指数，对数，等

第一部分第六课预告：条件表达式

今天的课就到这里，一起加油咯。

下一课我们学习第六课，来认识条件表达式吧。

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