C语言探索之旅 | 第一部分第七课：运算那点事

做者 谢恩铭，公众号「程序员联盟」。 转载请注明出处。 原文：www.jianshu.com/p/7bc4493eb…

《C语言探索之旅》全系列

内容简介

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1. 前言
2. 基础运算
3. 变量之间的运算
4. 缩写
5. 数学库
6. 总结
7. 第一部分第八课预告

1. 前言

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上一课是 C语言探索之旅 | 第一部分第六课：变量的世界（三），显示变量内容 。

今天，咱们一块儿来学习 C语言（对大多数编程语言也相似）中的运算。

以前的课中，咱们已经说过：电脑是一台“笨笨”的机器，只会作计算。

无论你是用电脑来听音乐，仍是用电脑来看电影，玩游戏，其实电脑只是在作运算。否则怎么叫“计算机”呢？

这一课咱们一块儿来学习电脑能实现的大多数运算。咱们会继续使用上一课学到的变量的知识。其实，就是对变量作加，减，乘，除，取模，等等各类操做。

即便你对数学不感兴趣，这一课也是必不可少的。硬着头皮上吧~

2. 基础运算

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说到基础运算，无外乎：

• 加
• 减
• 乘
• 除
• 取模 （若是你是第一次据说，不用担忧，咱们后面会解释）

其实你的电脑也只知道作这些基础运算，若是你要它作更复杂的运算（平方，乘方，对数，等），那你须要编程才行，就是说你须要向电脑解释怎么作。

可是，很幸运的是，在这一课中咱们会看到其实 C语言已经设计好了数学库（关于库的知识，请看之前的课程。简单地说就是已经编写好的，能够供你的程序调用的各类变量和函数的集合），你只要用专家定义好的库里面的内容就行了，不须要本身重复“造轮子”。

一开始，咱们从加法开始看吧。

为了在 C语言中作加法，咱们要用到 + 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。咱们就来建立一个整数类型的变量，取名叫 result（表示“结果”）。

int result = 0;
result = 4 + 6;
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没必要是专业数学家，也能够猜测到程序运行后 result 的值会变为 10，咱们用 printf 函数来输出结果：

printf("4 + 6 = %d", result);
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运行程序，显示：

4 + 6 = 10
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看吧，加法就是这么简单，一点也不任性。

对于其余的运算类型，也是一样的原理。只有运算符不一样，见下表：

运算	符号
加法	+
减法	-
乘法	*
除法	/
取模	%

若是你曾经使用过电脑上的计算器，你确定知道这些符号。除了最后两个（除和取模），其余应该很熟悉。咱们就来讲说最后两个符号。

除法

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

可是，咱们假如让电脑作 5 / 2，按理结果应该是 2.5。可是，来看看咱们的程序：

int result = 0; 
result = 5 / 2;
printf ("5 / 2 = %d", result);
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运行程序，显示：

5 / 2 = 2
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咱们让电脑计算 5 / 2，期待的结果是 2.5，可是实际上电脑却给出了 2。这不是“很二”嘛... 亲爱的电脑，你怎么能够这样对我？

其实，内有蹊跷。难道咱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，它会作一个整数之间的除法（也叫作“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，都是由于 result 这个变量是整数类型嘛。若是把 result 声明为 double 类型的浮点数，那它应该能够储存带小数点的数啦。”

其实否则，这不是缘由。假如你把 result 声明为 double 类型，运算 result = 5 / 2，你仍是会获得 2。事实上，这是由于 / 运算符两边的数是整数，因此电脑会作整数之间的除法。

固然，也是可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);
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运行，显示：

5 / 2 = 2.500000
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看到了吗，若是要你的电脑显示正确结果，还须要你把运算符两边的数写成 5.0 和 2.0（一样是 5 和 2，可是电脑却认为这两个是浮点数，所以它就作浮点数的除法）。怎么样，电脑任性不？

这个整数除法的特性很重要。因此得记住，对于电脑来讲：

5 / 2 = 2

10 / 3 = 3

4 / 5 = 0
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有点使人吃惊，不是么？但这就是电脑作整数运算的方式。

若是你想要获得浮点数的结果，须要运算的数自己是浮点数（提一下，其实不须要两个数都是浮点数，一个是浮点数就够了，电脑会自动把另外一个也认为是浮点数来作运算）：

5.0 / 2.0 = 2.5

10 / 3.0 = 3.33333

4.0 / 5 = 0.8
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事实上，在作整数除法时，好比 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。一样的，“10 里面有多少个 3 呢”，答案是三个。

而后你又会问了，咱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

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取模运算是得到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讲，它没有那么被人熟知，但对电脑来讲，取模是基本的运算之一。颇有多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 %

如下列出一些取模运算的例子：

5 % 2 = 1

14 % 3 = 2

4 % 2 = 0
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取模运算 5 % 2 是除法运算 5 / 2 的余数，因此是 1。电脑计算 5 = 2 * 2 + 1，因此取模运算就得出 1 为结果。

一样地，14 = 3 * 4 + 2，因此余数为 2。

4 = 2 * 2，因此余数为 0。

好了，我宣布一个好消息：“咱们已经学了全部的基础运算了。数学课下课了~”

3. 变量之间的运算

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诶，变量之间的运算？

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，确定要跟数学打点交道的嘛。幸好来的不是“叫兽”。

既然咱们在上面一节中已经学习了基础的 5 种运算，那如今能够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;
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上面这一行代码对 number1 和 number2 这两个变量作加法运算，而且把结果储存到 result 这个变量里。

如今咱们的学习愈来愈有意思了。其实你如今已经能够实现一个迷你的计算器的功能了，不要怀疑本身，你能够的。

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。

而后，你对这两个变量作加法，而且把结果储存在另外一个变量里。接下来，你就只须要把计算的结果显示在屏幕上就行了，让用户看看电脑的本领，不少人作加法可没有这么快速呢！

试着本身编写以上程序，很简单的，也能够给你练手。

固然了，咱们仍是把代码写上：

#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);

    // 作运算：
    result = number1 + number2;

    // 把运算结果显示在屏幕上 :
    printf ("%d + %d = %d\n", number1, number2, result);

    return 0;
}
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运行，显示：

请输入数字1 : 289
请输入数字2 : 376
289 + 376 = 665
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可能你还没意识到：这是咱们第一个有点意思的程序。咱们的程序请求用户输入两个数，而后作加法，再把结果输出到屏幕上。很棒吧！

请你本身也试着用其余四个基础运算符来写程序，看看结果如何。

4. 缩写

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以前咱们保证过，不会再有新的运算形式出现了。确实如此，咱们已经知道了全部的基础运算：加、减、乘、除、取模。用这些基础运算咱们能够作全部事情。不须要其余的运算了。

我知道这很难使人相信。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，可是在 C语言里咱们还能够进行运算的缩写。

为何要缩写呢？由于不少时候咱们作的运算都是重复的。下面你就会看到缩写的好处了。

自增运算

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你会发现你在编程中常常要对一个变量进行 +1 操做。

假设你的变量名字是 number，你知道怎么对它进行 +1 操做吗？是这样作的：

number = number + 1;
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上面的语句作了什么呢？

首先咱们作运算 number + 1，而后咱们把运算结果储存到变量 number （它本身）中。

所以，假如咱们的变量值是 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，他们可不但愿输入两遍 number（确实也挺累人的）。

因而他们发明了一个缩写形式，叫作自增运算。它的结果和 +1 操做是同样的：

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

敏锐的读者可能想到了，编程语言 C++ 的 ++ 符号其实正是自增运算符的意思。我之前也不太理解为何不是 C+，而是 C++。

原来计算机科学家跟你们开了一个颇有意味的玩笑：C++ 意味着对 C 作 +1 操做，表示“比 C语言多一点”。

固然了，事实上 C++ 只是用不一样的方式来编程，并非说 C++ 比 C语言更优秀，只是不一样而已。

自减运算

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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--;
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其余的缩写形式

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同理，其余还有好几种运算的缩写形式。好比 number = number * 2; 能够写成 number *= 2; 。

看如下代码：

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（由于 5 = 1 * 3 + 2）
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5. 数学库

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在 C语言中，咱们有一些称之为“标准库”的东西，就是那些很实用的库。咱们通常会常用那些基础库。

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，能够避免咱们重复“造轮子”。

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

其实还有不少其余很实用的库，其中就有一个叫 math.h，里面包含了与数学相关的函数。

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，可是不少时候咱们须要作复杂的运算形式，就须要调用库或者本身写函数了。

由于电脑并没办法理解除了 +，-，*，/，% 以外的运算符，好比你若是要电脑作乘方，输入 5 ^ 2，电脑彻底不理解什么意思，除非你调用数学库里已经定义好的作乘方的函数。

调用数学库很简单，

#include <math.h>
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只要用这一行代码，接下来你的程序就能够用里面定义的全部函数了。

咱们介绍其中几个最经常使用的吧。

fabs

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这个函数返回绝对值：

• 若是你传给这个函数 -53，它会返回 53 。
• 若是你传给这个函数 53，它会返回 53 。

double absolute = 0, number = -29;
absolute = fabs(number);   // absolute 的值变为 29
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ceil

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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 函数老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
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floor

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这个函数与 ceil 的做用相对，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
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pow

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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）
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sqrt

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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
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sin, cos, tan

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这三个函数是计算正弦，余弦，正切的值。

asin, acos, atan

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这三个函数是计算反正弦，反余弦，反正切的值。

exp

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

log

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这个函数返回以 e 为底的对数值（咱们学数学时也写成 ln）。

log10

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这个函数返回以 10 为底的对数值。

6. 总结

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1. 电脑只知道计算。

2. 电脑会的运算类型很基本：加、减、乘、除、取模（取模就是作除法后剩下的部分）。

3. 自加是将变量加一的运算，写成 variable++ 。

4. 自减是将变量减一的运算，写成 variable-- 。

5. 为了增长电脑能知道的运算形式，须要载入数学库（#include <math.h>）。

6. 数学库里有更高级的函数，例如 乘方，平方根，舍入，指数，对数，等。

7. 第一部分第八课预告

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今天的课就到这里，一块儿加油吧！

下一课：C语言探索之旅 | 第一部分第八课：条件表达式

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我是 谢恩铭，公众号「程序员联盟」运营者，慕课网精英讲师 Oscar 老师，终生学习者。 热爱生活，喜欢游泳，略懂烹饪。 人生格言：「向着标杆直跑」