第十二節：變量的定義和賦值 · 從單片機基礎到程序框架（2019版）

# 第十二節：變量的定義和賦值 ## 【12.1 學習 C 語言的建議和方法】先提一些學 C 語言的建議和方法，幫大家刪繁就簡，去掉一些初學者常見的思想包袱。現階段我們的學習是使用單片機，把單片機當做一個成品，把單片機當做一個忠誠的士兵，學習 C 語言就是學習如何使用單片機，如何命令單片機，如何讓單片機聽懂我們的話并且聽我們指揮。單片機內部太細節的構造原理暫時不用過多去關注，只要知道跟我們使用相關的幾個特征就可以，這樣初學者的學習包袱就沒有那么重，就可以把重點放在使用上的，而不是好奇于根本原理的死磕到底。學 C 語言跟學習英語的性質是一樣的，都是在學習一門外語，只是 C 語言比英語的語法要簡單很多，非常容易上手，詞匯量也沒有英語那么多，C 語言常用單詞才幾十個而已。學習任何一門語言的秘訣在于練習，學習 C 語言的秘訣是多在單片機上練習編程。本教程后面幾乎每個章節都有例程，這個例程很重要，初學者即使看懂了，我也強烈建議要把 “C 語言學習區域” 的那部分代碼親自上機敲鍵盤練習一遍，并且看看實驗現象是否如你所愿。 ## 【12.2 變量定義和賦值的感性認識】這些年我用過很多單片機，比如 51，PIC，LPC17 系列，STM8，STM32 等單片機。盡管各類單片機有一些差異，但是在選單片機時有 3 個參數我們一定會關注的，它們分別是：工作頻率，數據存儲器 RAM，程序存儲器 ROM。工作頻率跟晶振和倍頻有關，決定了每條指令所要損耗的時間，從而決定了運算速度。RAM 跟代碼里所定義變量的數量有關。ROM 跟程序代碼量的大小有關。程序是什么？程序就是由對象和行為兩者構成的。對象就是變量，就是變量的定義，就是 RAM，RAM 的大小決定了一個程序允許的對象數量。行為就是賦值，判斷，跳轉，運算等語法，就是 ROM，ROM 的大小決定了一個程序允許的行為程度。本節的標題是 “變量的定義和賦值”，其中 “定義” 就是對象，“賦值” 就是行為。 ## 【12.3 變量的定義】變量的定義。一個程序最大允許有多少個對象，是由 RAM 的字節數決定的 (字節是一種單位，后面章節會講到)。本教程的編譯環境是以 AT89C52 芯片為準，AT89C52 這個單片機有 256 個字節的 RAM，但是并不意味著程序就一定要全部占用這些 RAM。程序需要占用多少 RAM，完全是根據程序的實際情況來決定，需要多少就申請多少。這里的 “對象” 就是變量，這里的 “申請” 就是變量的定義。定義變量的關鍵字。常用有 3 種容量的變量，每種變量的取值范圍不一樣。第一種是 `unsigned char` 變量，取值范圍從 0 到 255，占用 RAM 一個字節，比喻成一房一廳。第二種是`unsigned int` 變量，取值范圍從 0 到 65535，占用 RAM 兩個字節，比喻成兩房一廳。第三種是 `unsigned long` 變量，取值范圍從 0 到 4294967295，占用 RAM 四個字節，比喻成四房一廳。`unsigned char`, `unsigned int` 和 `unsigned long` 都是定義變量的關鍵字，所謂關鍵字也可以看成是某門外語的單詞，需要大家記憶的，當然不用死記硬背，只要多上機練習就自然熟記于心，出口成章。多說一句，上述的變量范圍是針對本教程所用的單片機，當針對不同的單片機時上述變量的范圍可能會有一些小差異，比如在 STM32 單片機中，`unsigned int` 的字節數就不是兩個字節，而是四個字節，這些都是由所選的編譯器決定的，大家暫時有個初步了解就可以。定義變量的語法格式。定義變量的語法格式由 3 部分組成：關鍵字、變量名、分號。比如： ` unsigned char a; ` 其中 unsigned char 就是關鍵字，a 就是變量名，分號 `;` 就是一條語句的結束符號。變量名的命名規則。變量名的第一個字符不能是數字，必須是字母或者下劃線，字母或者下劃線后面可以帶數字，一個變量名之間的字符不能帶空格，兩個獨立變量名之間也不能用空格隔開（但是兩個獨立變量名之間可以用逗號隔開）。變量名不能跟編譯器已征用的關鍵字重名，不能跟函數名重名，這個現象跟古代要求臣民避諱皇帝的名字有點像。哪些名字是合法的，哪些名字是不合法的？現在舉一些例子說明： ```c unsigned char 3a; // 不合法，第一個字符不能是數字。 unsigned char char; // 不合法，char 是編譯器已征用的關鍵字。 unsigned char a b; // 不合法，ab 是一個變量名，a 與 b 的中間不能有空格。 unsigned char a,b; // 合法，a 和 b 分別是一個獨立的變量名，a 與 b 的中間可以用逗號隔開。 unsigned char a; // 合法。 unsigned char abc; // 合法。 unsigned char _ab; // 合法。 unsigned char _3ab; // 合法。 unsigned char a123; // 合法。 unsigned char a12ced; // 合法。 ``` 定義變量與 RAM 的內在關系。當我們定義一個變量時，相當于向單片機申請了一個 RAM 空間。C 編譯器會自動為這個變量名分配一個 RAM 空間，每個字節的 RAM 空間都有一個固定唯一的地址。把每個字節的 RAM 空間比喻成房間，這個地址就是房號。地址是純數字編號，不利于我們記憶，C 語言編譯器為了降低我們的工作難度，不用我們記每個變量的地址，只需要記住這個變量的名稱就可以了。操作某個變量名，就相當于操作某個對應地址的 RAM 空間。變量名與對應地址 RAM 空間的映射關系是 C 編譯器暗中悄悄幫我們分配好的。比如： ```c unsigned char a; //a 占用一個字節的 RAM 空間，這個空間的地址由 C 編譯自動分配。 unsigned char b; //b 占用一個字節的 RAM 空間，這個空間的地址由 C 編譯自動分配。 unsigned char c; //c 占用一個字節的 RAM 空間，這個空間的地址由 C 編譯自動分配。 ``` 上述 a,b,c 三個變量各自占用一個字節的 RAM 空間，同時被 C 編譯器分配了 3 個不同的 RAM 空間地址。變量定義的初始化。變量定義之后，等于被 C 編譯器分配了一個 RAM 空間，那么這個空間里面存儲的數據是什么？如果沒有刻意給它初始化，RAM 空間里面存儲的數據是不太確定的，是默認的。有些場合，需要在給變量分配 RAM 空間時就給它一個固定的初始值，這就是變量定義的初始化。變量初始化的語法格式由 3 部分組成：關鍵字，變量名賦值，分號。比如： ```c unsigned char a=9; ``` 其中 unsigned char 就是關鍵字。其中 a = 9 就是變量名賦值。a 從被 C 編譯器分配 RAM 空間那一刻起，就默認是預存了一個 9 的數據。分號 `;` 就是一條語句的結束符號。 ## 【12.4 變量的賦值】賦值語句的含義。把右邊對象的內容復制一份給左邊對象。賦值語句有一個很重要的特性，就是覆蓋性，左邊對象原來的內容會被右邊對象復制過來的新內容所覆蓋。比如，左邊對象是變量 a，假設原來 a 里面存的數據是 3，右邊對象是數據 6，執行賦值語句后，會把右邊的 6 賦值給了對象 a，那么 a 原來的數據 3 就被覆蓋丟失了，變成了 6。賦值語句的格式。賦值語句的語法格式由 4 部分組成：左邊對象，關鍵字，右邊對象，分號。比如： `a = b;` 其中 a 就是左邊對象。其中 `=` 就是關鍵字。寫法跟我們平時用的等于號是一樣，但是在 C 語言里不是等于的意思，而是代表賦值的意思，它是代表中文含義的 “給”，而不是用于判斷的 “等于”，跟等于號是兩碼事（C 語言的等于號是 “==”，這個后面章節會講到）。其中 b 就是右邊對象。其中分號 `;` 代表一條語句的結束符。賦值語句與 ROM 的關系。賦值語句是行為的一種，所以編譯會把賦值這個行為翻譯成對應的指令，這些指令在下載程序時最終也是以數據的形式存儲在 ROM 里，指令也是以字節為單位 (字節是一種單位，后面章節會講到)。本教程的編譯環境是以 AT89C52 芯片為準，AT89C52 這個單片機有 8K 的 ROM 容量，也就是有 8192 個字節的 ROM（8 乘以 1024 等于 8192），但是并不意味著程序就一定要全部占用這些 ROM。程序需要占用多少 ROM，完全是根據程序的行為程度決定，也就是通常所說的你的程序容量有多大，有多少行代碼。多說一句，在單片機或者我們常說的計算機領域里，存儲容量是以字節為單位，而每 K 之間的進制不是我們日常所用的 1000，而是 1024，所以剛才所說的 8K 不是 8000，而是 8192，這個是初學者很容易迷惑的地方。剛才提到，賦值語句是行為，凡是程序的行為指令都存儲在單片機的 ROM 區。C 編譯器會把一條賦值語句翻譯成對應的一條或者幾條機器碼，機器碼指令也是以字節為單位的。下載程序的時候，這些機器碼就會被下載進單片機的 ROM 區。比如以下這行賦值語句： ```c unsigned char a; unsigned char b = 3; a = b; ``` 經過 C 編譯器編譯后會生成以字節為單位的機器碼。這些機器碼記錄著這些信息：變量 a 的 RAM 地址，變量 b 的 RAM 地址和初始化時的預存數據 3，以及把 b 變量的內容賦值給 a 變量的這個行為。所有這些信息，不管是 “數據” 還是 “行為”，本質都是以 “數據”（或稱數字，數碼都可以）的形式存儲記錄的，單位是字節。 ## 【12.5 例程的分析和練習】接下來練習一個程序實例。直接復制前面章節中第十一節的模板程序，練習代碼時只需要更改 “C 語言學習區域” 的代碼就可以了，其它部分的代碼不要動。編譯后，把程序下載進帶串口的 51 學習板，通過電腦端的串口助手軟件就可以觀察到不同的變量數值，詳細方法請看第十一節內容。本章節在 “C 語言學習區域” 練習的代碼如下： ```c /*---C語言學習區域的開始。-----------------------------------------------*/ void main() //主函數 { unsigned char a; //定義的變量a被分配了一個字節的RAM空間，保存的數據是不確定的默認值。 unsigned char b; //定義的變量b被分配了一個字節的RAM空間，保存的數據是不確定的默認值。 unsigned char c; //定義的變量c被分配了一個字節的RAM空間，保存的數據是不確定的默認值。 unsigned char d=9; //定義的變量d被分配了一個字節的RAM空間，保存的數據被初始化成9. b=3; //把3賦值給變量b，b由原來不確定的默認數據變成了3。 c=b; //把變量b的內容復制一份賦值給左邊的變量c，c從不確定的默認值變成了3。 View(a); //把第1個數a發送到電腦端的串口助手軟件上觀察。 View(b); //把第2個數b發送到電腦端的串口助手軟件上觀察。 View(c); //把第3個數c發送到電腦端的串口助手軟件上觀察。 View(d); //把第4個數d發送到電腦端的串口助手軟件上觀察。 while(1) { } } /*---C語言學習區域的結束。-----------------------------------------------*/ ``` 在電腦串口助手軟件上觀察到的程序執行現象如下： > 開始... > 第1個數 > 十進制:255 > 十六進制:FF > 二進制:11111111 > 第2個數 > 十進制:3 > 十六進制:3 > 二進制:11 > 第3個數 > 十進制:3 > 十六進制:3 > 二進制:11 > 第4個數 > 十進制:9 > 十六進制:9 > 二進制:1001 分析：第 1 個數 a 居然是 255，這個 255 從哪來？因為 a 我們一直沒有給它初始值，也沒有給它賦值，所以它是不確定的默認值，這個 255 就是所謂的不確定的默認值，是編譯器在定義變量 a 時分配的，帶有不確定的隨機性，不同的編譯器可能分配的默認值都會存在差異。根據我的經驗，unsigned char 類型定義的默認值往往是 0 或者 255（255 是十六進制的 0xff，十六進制的內容后續章節會講到）。