Chapter 04：C的輸出PART02、運算、輸出

 目標：

1. 學會輸出、輸入的格式化。
2. 學會輸出。
3. 學會運算式。
4. 溢位處理
   

筆者的小講堂：

在前一章節已經學會了最基本的輸出，而輸出都是字串，但是因為資料型態的不同，因此要用一點點複雜的方式輸出其他資料型態。最基本的問題，如果我叫電腦算1+1，是用printf("1+1");，那答案會是2嗎？其實不然，輸出的是1+1，因為電腦以為那是一句句子，不是一個運算式。那麼，要入何正確的輸出1+1為2呢？這就是這個章節要學的內容了。

學完了輸出與資料型態，那輸入怎麼辦？放心，輸入與輸出是一體兩面的，基本上輸出學好了，稍稍動一點手腳，就是輸入了。那為什麼是先學輸出？要是不先會輸出，就不知道結果了！其實我們可以在原始碼內把要的參數放進去，這就是輸入了，但這不實際，因為最後呈現在使用者前的不是原始碼，而是一個執行檔，對你而言也許是一個介面，因此就要有輸入了。

一、格式化

不到各位好不好奇，為何是printf，而不是print？因為f代表的是format，即為格式化的意思。由此可知，C很注重格式與資料型態（是強型語言，反之即為弱型語言）。在這一小節裡，我們將認識如何格式化輸入/輸出。這裡有一個插曲，有些時候不用特別格式化是為什麼？因為我們會把一些未定義格式視為某一種格式，如前述的1+1就先被視為字串。

在學完格式化後，接著將會學輸入、輸出，而格式化會扮演重要角色喔。

常見如下：

• 整數：以%d表示，表示整數，遇到小數點會被進位或捨去。
• 長整數：以%ld表示，表整數，可以表較多位的整數，遇到小數點會被進位或捨去。
• 短整數：以%hd表示。
  
• 浮點數：以%f表示，整數、浮點數都行。%a.bf指的是輸出a位數數字（如1.2為兩位），b是指輸出小數點一下b位。
• 字元：以%c表示，主要是輸入英文字母，會被當成ASCII碼處理。通常可用於將輸出ASCII碼或是輸入的字轉換成ASCII碼。
• 字串：以%s表示。
• 指標：以%p表示，輸出記憶體位址。
• 科學記號：以%e或%E表示，差別在10的表示法。若是以%e輸出1.02×10^26，會得到1.02e26；若是以%E輸出1.02×10^26，會得到1.02E26。同樣的，若以%4.2E會得到4位數字，小數點一下2位。

輸出ASCII碼，可以輸出8、10、16等進位。若要格式化成8進位，則為%o或%O；若是格式化成10進位，則為%u；若是格式化成16進位，則為%x或%X。而大小寫的差異在於裡頭的英文字母的大小寫，類似科學記號的E和e的差異。

有趣的是，格式化符號間可以插入數字，使其顯示寬度固定，例如%2d代表顯示2位數寬的；但是，若超過2位數，仍會超出，並顯示出來。然後，“+”表示向右對齊，“-”表向左對齊，例如%-2d表向左對齊並保持兩單位寬。

上面介紹的是常見的格式化類別，具體的應用將在下節說明。

二、輸出

輸出常用的是printf輸出文字（當然，亦有其他輸出或輸出方式，例如puts、putchar等，這裡不多做說明）、發聲（對！可以發聲）。

其語法為：printf("格式化符號",變數名稱或運算式)，e.g.printf("%d",1+1);輸出2。

我們只要把雙引號內加入格式化符號，再加上一個逗點，加上運算式或變數，便可以完成要求。不過，要注意的是，若要輸出多個運算式或是變數，需要用逗號隔開，且在雙引號中的格式化符號是依序進行的，如：

printf("%d %d %d",1,1+2,3*4);，會輸出1 3 12。

三、運算式

為什麼是講運算式而不是輸入？因為輸入有一個重點，就是變數。

那麼，什麼是變數什麼是常數？變數就是會變的數，常數是固定不變的數。因為輸入時使用者去定義某一代數的值，那個代數就是變數。這裡要澄清一下的是，這裡的“數”、“值”不是單指數學上狹義的數字，還包含文字等（這包含了格式化的內涵）的喔！

在進入運算式前，我們先定義一下“運算式”與“運算子”。運算式是指一般的列式，如A+B；而運算子是指運算式中的符號，如A+B的“+”。

PART 01.一元運算子

常見的運算式如下：

• 加法：表示a+b
• 減法：表示a-b
• 乘法：表示a*b
• 除法：a/b
• 取餘：a%b，指的是a除以b的餘數
• 次方：在C中，我們會使用迴圈或函數進行，沒有特殊運算子處理。

在程式上，有一些不符合數學意義，卻是合法的運算式，常見如下：

• a=a+b，簡寫成a+=b
• a=a-b，簡寫成a-=b
• a=a/b，簡寫成a/=b
• a=a*b，簡寫成a*=b
• a=a%b，簡寫成a%=b

那麼，上面的意義是什麼？其實很簡單，又有一些複雜。簡單來說，就是先進行等號右邊的運算，再把結果取代等號左邊的變數。同時，大多也符合數學上的四則運算，若不放心的話，可以加上括號，因為括號是最優先的。有一點要注意的是，等號左右不可以寫相反，因為等號的左邊是一種變數，而等號的右邊相對是常數，常數是不能被變數定義的，所以a+b=a是不合法的宣告。

因此，可以說：變數=常數（需被定義出一個值）之間的運算。

PART 02.二元運算子（1） 

有一點很特別的，數學上表達關係的符號在C上有一些不同。

• 等於：意思即為數學上的“相同”。C以“==”表示。
• 不等於：意即為數學上的“不同”。C以“！=”表示。 
• 大於：C以“>”表示。
• 小於：C以“<”表示。
• 大於等於：以“>=”表示。
• 小於等於：以“<=”表示。

請注意：i,j=10,11; 是錯誤的語法。

接著來認識既熟悉有陌生的進位制，在此會介紹2、10進位制。如下：

十進位制：

定義：滿十進一位。

實例：153（是10進位）以十進位表示。

153÷10=15•••3

15÷10=1•••5

1÷10=0•••1

接著把餘數由下到上念一遍便是153。若逆向回推可得：1×10^2+5×10^1+3×10^0。

2進位制：

定義：滿二進位。

實例：153（十進位）以2進位表示。

153÷2=76•••1

76÷2=38•••0

38÷2=19•••0

19÷2=9•••1

9÷2=4•••1

4÷2=2•••0

2÷2=1•••0

1÷2=0•••1

接著把餘數由下到上讀一遍，的10011001。同理，回推可得：（由上而下的餘數）1×2^7+0×2^6+0×2^5+1×2^4+1×2^3+0×2^2+0×2^1+1×2^0=153

至於其他進位制的概念是相同的，以16進位為例，10就是A、11是B...，把除數改成16；同理，36進位的話A是10、B是11、...Z是36，把除數改成36。有趣的可以自行嘗試。

PART 03.二元運算子（2）（位元運算子）

接下來來位元運算子，在進行位元運算前，要先知道兩個概念，一是數學上集合的意義（若不懂得建議先去認識，以便了解接下來的內容，在此不贅述），二是二進位制，因為二進位制只有0、1，也算是一種相對的存在（有和沒有的感覺）。而進行運算時基本上是0和1的關係進行計算，先把數字轉換成二進位制，接著每一位數互相比較，以十進位來講好了，就是兩數的個位數與個位數比，十位數與十位數比，依此類推。常見如下（以兩數運算為例）：

• AND運算：在C以&表示。兩者皆為1或0才是1（true），其他皆是0（false）。
• OR運算：在C以|表示。兩數只要有一個有1即使1（true），兩個皆為0才是0（false）。
• NOT運算：在C以！表示。把1變0，0變1。
• XOR運算：在C以^表示。1和1為0，0和0為0，1和0或0和1為1。

再接著是平移，就是把二進位制的數字進行平移，大原則是缺位補零，被擠出的去掉。

• a>>b：a右移b單位。如11011右移兩單位得到00110。e.g. a>>=b 或 a=a>>b
• a<<b：a左移b單位。如111001左移3單位得到001000。e.g. a<<=b 或 a=a<<b

在這個小節有一點要注意的是，一般而言，若後面用運算式重新定義了前面已經定義好的變數，則後面定義的變數會覆蓋前面定義的變數。 

最後，先在這裡埋下一個伏筆，就是關係（邏輯）運算子。它是用來進行運算式之間的關係判斷，後面章節會再提到流程控制時，會在詳細說明。

四、變數的宣告

在前面的章節講過或許可以體會到寫程式，尤其是C，在進行一些運算要先進行宣告（告知電腦我要什麼，配多少記憶體等），而進行運算而要賦予某變數名稱為某一值也要進行宣告，就好數學上的代數，我們可以先說x、y等於什麼，在進行運算，如x+y。

語法：資料型態 變數名稱;

e.g.int i=0;/*可以在宣告變數時宣告一個常數*/ 或 int i;

但有一點是要注意的，在變數的命名上建議是有意義的字，以便後續處理（例如有一大堆變數，由於名稱不規則，導致不知道自己在幹嘛）。二是不要空格，因為空格（空白字元）對編譯器而言會不知道如何處理或出錯，若要空格，則建議以底線代替。三是避免使用保留字，保留字就是在進行程式編輯時，會用到的具有控制性、功能性的字，如：char、short、int、unsigned、long、float、double、struct、union、void、enum、signed、const、volatile、typedef、auto、register、static、extern、break、case、continue、default、do、else、for、goto、if、return、switch、while、sizeof等。

值得一提的是，字串的宣告是要用中括號宣告字元數量，例如：

char words[1000];//宣告一個字串陣列words，會放最多1000個元素。又因為結尾會有'\0'，因此最多只可以放999個字
 

五、輸入

終於要來講輸如了，其實輸入和輸出是一體兩面，且輸出稍稍複雜了一點。

語法：scanf("格式化字元",&變數名稱);

e.g.scamf("%d",&a);

可以注意到，在輸入時，有加了一個&（取址運算子），那就是指輸入值被定位到某一變數名稱。同樣的，還有其他寫法，如getchar、gets等，這裡就不多作介紹了。

若要多重輸入，可以在雙引號中放入多個格式化字元，若格式化字元間沒有任何空格或符號的話，只要輸入一個值按一次tab鍵或空白鍵或enter鍵即可。同理，若格式化字元間有其他符號、字元，代表輸入時要隔一個該符號、字元。

當然還有其他細節，因為筆者才疏學淺，加上入門使用頻率較低，故就不多做介紹了。

六、綜合範例

1.請輸出1+1=2。

答：

#include<stdio.h>

int main()

{

    printf("1+1=%d",1+1);

    return 0;

}

2.請讓使用者分別輸入兩個數字，中間隔一個×，讓使用者輸出a×b

答：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

int main()

{

    int a,b;//宣告變數

    scanf("%d×%d",&a,&b);//輸入

    printf("%d×%d=%d",a,b,a*b);//輸出

    return 0;

}

3.請讓使用者輸入一串字串，如XXX，並輸出「歡迎XXX到訪」。

答：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

int main(){

    char name[10000];//要將名字存放到陣列裡，因為C無法直接處理字串。第一個中括號是可輸入的字母數量。

scanf("%s",&name);//輸入時不包含空格

printf("歡迎%s的到訪",name);

return 0;

    }

4.當a=3,b=4時，請執行a+=b*=a*=a/=b+a-b*a。

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

int main(){

    int a=3,b=4;

    printf("%d",a+=b*=a*=a/=b+a-b*a);

    return 0;

    }

5.令a=10,b=9。請輸出a+=b、a-=b、a*=b、a/=b、a%=b、a>>b、a<<b

#include<stdio.h>

int main()

{

    int a=10,b=9;

    printf("%d\n%d\n%d\n%d\n%d\n%d\n%d\n",a+=b,a-=b,a*=b,a/=b,a%=b,a>>b,a<

6.令a=9,b=10。輸出a&b、a|b、a!b、a^b。

#include<stdio.h>

int main()

{

    int a=10,b=9;

 printf("%d\n%d\n%d\n%d\n",a&b,a|b,a!b,a^b);

    return 0;

}

7.請宣告一個常數，並且輸出該常數

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#define pi 3.1415926//注意，沒有=號和分號

int main(){
    printf("%f",pi);
    return 0;
    system("pause");
}

另解

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

const float pi=3.1415926;//和define用法不同的是，const要具備資料型態、變數名稱、等號、值、分號

int main(){
    printf("%f",pi);
    return 0;
    system("pause");
}

七、實力挑戰

PART1.概念題

（一）是非題

1. 變數的命名可以隨意命名。
2. 在二進位制中，0不可能在開頭。
3. 字元和字串是相同的
4. %E可以輸出科學記號。

（二）偵錯題

1.以下是程式碼的片段，請問有何錯誤（假設片段以外的是正確的）？

printf(%d);

2.小明想要輸入完後按enter鍵，把結果輸出在下一行（輸入為第一行，而輸出要再第三行），但不知為何要多按一次enter鍵，可不可以少按一次enter鍵？並且達到要求？請把程式碼打出來，並執行及寫下來。小明的程式碼如下：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

int main(){

    int a;

    scanf("%d\n",&a);

    printf("%d",a);

    return 0;

    }

3.請偵錯。小明想輸出「hello world\」，但有錯誤。

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

int main(){

    printf("hello world\");

    return 0;

    }

4.請計算13527以二進位如何表示。

PART2.實作挑戰

請讓使用者輸入攝氏溫度，並輸出華氏溫度，要小數點以下2位。要換行，且要有提示詞。

輸入：攝氏溫度：-40

輸出：華氏溫度：-40

2.讓使用者輸入直徑，求出圓周長、圓面積。輸出圓周長並水平跳格2次輸出圓面積，並且不用提示詞。圓周率=3.14

輸入：2

輸出：6.28 3.14

這裡說明一下的是，這裡暫不給參考答案，一是題目偏易，二是給了會限制思考，因為程式無固定寫法。

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