如果你是學高階語言(例如python)，我們就可以結束這課教學，很可惜C語言的底層性質讓這一切的開始沒這麼簡單...orz

我們可以先有些mindset，進到C這門較底層的語言，記憶體對於程式設計師是裸露的；資料型態只是對記憶體區段賦予意義，協助程式了解該區段記憶體儲存的值應該要如何解釋；從這個角度一方面能理解資料型態間的轉換是多麼容易出錯(因為涉及對記憶體區段的重新解釋(re-intepretation))，另一方面也理解資料型態本身在這層意義上是抽象的，例如不同的機器用多少位元儲存"同樣的"資料型態，也將有差異；所幸現在已經有一些方法讓我們初學時不必太在意這些問題。

先從C語言提供的資料型態來看，雖然種類較為繁多、靈活，且難以掌握，但目前不避太過拘泥於細節；粗略有三種資料型態:

1. 數字類的(int, float, double)
2. 文字類的(char, wchar_t)
3. 布林值bool(邏輯真假值)

void 不是資料型態，而是如其名代表空 (no data)，常用於聲明函數沒有返還值；一個比較貼近資料型態的概念是，void* ptr代表聲明一個變數ptr用於儲存指向某個記憶體位址，而且指向的位址沒有指定是用於儲存哪種資料型態的值。

基於數字類的資料型態，我們先提供一個便捷的思考方式 : 如果儲存的值只可能是整數，不管正負數皆使用long(至少32bits)；儲存的值有可能是小數則使用 double；不過緊接著，我們就會介紹比較正統的思考方法...

不要因為它只用於儲存正整數就很 hack的想用uint，或計算 float 儲存值得範圍，通常double夠用了，再大部分的機器上也不會造成太嚴重的效能影響；至少初學時我們不必關注這些細節。

關於資料型態，以下介紹兩個大魔王級的概念: 1.資料型態的位元數和 2.字元的混亂型態:

1. 資料型態的位元數

關於資料型態的位元數，癥結點在於C提供了貼近機器的靈活設計，使得每個資料型態可以儲存多大的內容來表示數值有些具體的規範；例如int在某些機器上"最小"只能儲存16位元(bit)，因為int預設是有號整數，這代表我們要分一半儲存負數(2^15)、另一半儲存正數(2^15-1)，一個值給不屬於正數或負數的0，技術上而言2^15+(2^15-1)+1=2^16，剛好展示16bit能儲存的範圍；因此儲存的值從-32768(-2^15)至32767(2^15-1)，超過就會rollback回來，甚麼是rollback不重要，總之我們總需避免而根據機器指定一個夠大的儲存位元；好消息是今年已是2024年，即使是C語言的使用者，我們也不是野蠻人硬測這台機器是16bit或32bit，交給標準函數庫吧。include<stdint.h>，處理標準定義的函數庫允許我們顯示的指定位元數，以解決跨平台的需求；例如整數有int8_t, int16_t, ..., int64_t，要幾位元就聲明幾位元，若機器不支援它也會告訴你的。

另一方面，浮點數的儲存機制與整數不一樣、較為複雜，如果有需要專注到斟酌記憶體用量與效率的層級，則可以參考IEEE754 標準的描述，考察單精度float、雙精度double等浮點數的相關資訊；否則目前一律建議採用 double來儲存浮點數。

2. 字元的混亂型態

關於字元(char)，最初它只能表示一個包含於 字元集(character set) 的字元，有點繞口..；讓我們看個例子，char c = 'a';，很好，這樣ok!

讓我們看一些不ok的例子，char c = 'abc';，它會給你一個警告(warning: overflow in conversion from ‘int’ to ‘char’)，因為你正在轉換multi-char這個 多字元 整數至單一字元char，而它會引發overflow，因為char如我們所知只能儲存"一個"字元集中的字元；multi-char是個血脈上與char相近的型態，只要知道你用單引號框住的字元都是在聲明這個資料型態，而它是一個整數型態，例如'abc'，不過讓我們先忘了它，只要記得我們不應在單引號內放置多於一個字元，否則就是在聲明multi-char。

ok，理解濫用單引號的下場和知道char的極限後，發現我們只學了一個毫不實用的方法來定義文字的變數，因為它只能儲存一個字元；這個問題可以被陣列(array)解決，陣列是一次定義多個同一資料型態的變數，並且它會自動分派、釋放儲存著多個值的記憶體(等到介紹這個可怕的故事已經是好幾章之後的事了)；例如 int arr[3] = {0, 1, 2};，一次我們就定義了儲存三個整數的變數arr，取得整數二也很直覺arr[2]，index為2是因為index從0起算。

如果你是高手精通指標，你可能會嘗試將範例改成char* ch_ptr = "abd";，這樣的舉一反三很好，但與陣列相比，我建議你可以併用strdup(string duplication)來複製字串，以免這個非const的字串有更改其中內容的需求，由於指標是指向常量，而C語言對於如何儲存字串常量是未定義的，你可能會成功或失敗；因此建議修改前先複製一份 (char* ch_arr = strdup("abd");)，這樣好多了，之後就可以避免 ch_arr[0] = 'B';產生出乎意料的結果。

因此，我們同樣可用char ch_arr[3] = {'a', 'b', 'c'};來儲存三個字元.. 我的天，數字還可以，文字這樣定義簡直要人命；前面我們提過單引號內放入多於一個字元不行，那放入雙引號可不可以?
char ch_arr[3] = "abc"
好消息是這樣看似可行，但為何可行又是另一個長篇故事了；簡言之，雙括弧內放置的多個字元"abc"會被解譯成字串(c style string, 簡稱c_string)常量，是字串而不是字元(char)，因此等號間其實通過一個資料型態的轉換，將字串轉成字元陣列；但資料型態的轉換不是第一課要說明的，我們先理解要放多個字元就請用雙括弧吧!

最後，為了更深入的使用printf函數來理解我們定義的變數，我們稍微深入介紹一下printf。
先下一段函數的聲明:
printf( "formatted_string", arguments_list);，formatted_string是一個包含指定型態的字串，指定的型態就是我們之前提及的 int, double, char ... 等等；在指定時他們也有對應的英文字母 int(%d, digit)、char(%c, char), c_string(%s, string)，依此類推，請你查詢其他資料型態的英文字母；而arguments_list則按照順序存放各變數值。

讓我們下一段程式，統整一下上述的概念:

#include<stdio.h>

int main(){
    int num = 1;
    char c_str1[4] = "abc";
    char no_stop_cstr[3] = "abc";
    /* it's not necessary place '\0' in {}, but we do it explicitly
     to show that how char array (c_string) declare the stop symbol! */
    char c_str2[4] = {'d', 'e', 'f', '\0'};

    printf("c lang lesson %d\n", num);
    printf("char value : %c\n", c_str1[1]);
    printf("c_string value : %s\n", c_str1);
    printf("raw c_string value : %s\n", c_str2);
    printf("so far so good..\n------------\n");
    printf("boom! : %s, i can not stop to print out...orz", no_stop_cstr);
    return 0;
}

執行程式

# 偷偷介紹一個旗標(flag)，-Wall (warning all message) 會開啟所有編譯警告
# 如果 gcc 發現你的程式碼有甚麼奇怪的地方，它將會毫不吝嗇地告訴你
!gcc -o test.out -Wall test.c ; ./test.out

# 輸出
c lang lesson 1
char value : b
c_string value : abc
raw c_string value : def
so far so good..
------------
boom! : abcabc, i can not stop to print out...orz

好的，從程式的執行結果，看來我們忽略了一點關於c_string的說明，事實上我們並沒有告訴printf什麼時候要停，c_string是以'\0'這個字符作為聲明字串的尾端；上面初始化的例子中我們直接用雙引號聲明了一個字串(c_string中文我就直稱字串了)，而我們聲明的char array會在尾端自帶'\0'，因此我們不必特別聲明，不過我們卻需要記得比輸入的字串多聲明一個記憶體的位址，如此'\0'才不會被char值覆寫，以至於產生上述no_stop_cstr的例外，它一路輸出了其他變數的值，因為他們的記憶體位址恰巧被連續分配在同一區塊，否則就不是這麼幸運，而會因非法入侵他人領土，引發一個著名的segment fault錯誤

然而，工程師不能每次都期望恰巧的發現這個bug，或防患未然的多聲明一個位址空間；問題出在我們的字串常量(c_string literal)應該提供了足夠的資訊，例如至\0之前包含幾個字元，但我們仍手動聲明要預先分配多少字元的空間，事實上定義array的方式可以更加聰明，如果你提供了足夠的資訊(例如各式常量)。
我們單獨修正聲明 array 的地方，刻意不提供分配多少空間，讓編譯器推論 ~

#include<stdio.h>

// 被我們發現C語言一些酷炫的東西了，之後再介紹巨集 ~
// sizeof "關鍵字" 回傳分配的記憶體量, 而此巨集用來計算陣列的長度，不過也有失靈的時候..orz
#define len(arr) sizeof(arr)/sizeof(arr[0])

int main(){
    char c_str[] = "abc";
    // google ascii code, 作為最後一個範例，內容是"BYE BYE" 
    int arr[] = {66, 89, 69, 32, 66, 89, 69};
    printf("raw c_string value : %s\n", c_str);
    
    // %lu, 印出 unsigned long數值，len 巨集回傳陣列長度
    // 可以發現它會 "按照常量" 分配4個字元給 c_str，包括 '\0' 
    printf("allocated space : %lu\n", len(c_str));
    
    // 一個偷懶將整數陣列印出字元群的做法
    for(int idx=0; idx<len(arr);++idx)
        printf("%c", arr[idx]);
}

程式執行結果

raw c_string value : abc
allocated space : 4
BYE BYE

可以看到，其他資料型態的陣列可以支援這種自動分派記憶體的方式，但要如何取得陣列的長度又是另一個問題了...

這邊我們先用一個簡單的巨集解決了，巨集這個強大但危險的功能會再後續慢慢介紹，如何在力量與危險兩者間取得平衡，將是一個很展現C語言程式設計師能力的問題 ~

預告 CH3 : 資料型態的轉換

update log : 2024/11/24 19:12,

1. 略述從記憶體觀點看資料型態的影響
2. 微調用詞、語句
3. 補充陣列說明
4. 補上最後範例程式的執行結果