1.3 C51语言基础

C51语言是指51单片机编程使用的C语言，它与计算机C语言大部分相同，但由于编程对象不同，故两者个别处略有区别。本节主要介绍C51语言的基础知识，学习时若无法理解一些知识也没关系，在后续章节有大量的C51编程实例，在学习这些实例时再到本节查看理解有关内容。

1.3.1 常量

常量是指程序运行时其值不会变化的量。常量类型有整型常量、浮点型常量（也称实型常量）、字符型常量和符号常量。

1. 整型常量

（1）十进制数：编程时直接写出，如0、18、-6。

（2）八进制数：编程时在数值前加“0”表示八进制数，如“012”为八进制数，相当于十进数的“10”。

（3）十六进制数：编程时在数值前加“0x”表示十六进制数，如“0x0b”为十六进制数，相当于十进数的“11”。

2. 浮点型常量

浮点型常量又称实数或浮点数。在C语言中可以用小数形式或指数形式来表示浮点型常量。

（1）小数形式表示：由数字和小数点组成的一种实数表示形式，例如0.123、.123、123.、0.0等都是合法的浮点型常量。小数形式表示的浮点型常量必须要有小数点。

（2）指数形式表示：这种形式类似数学中的指数形式。在数学中，浮点型常量可以用幂的形式来表示，如2.3026可以表示为0.23026×101、2.3026×100、23.026×10−1等形式。在C语言中，则以“e”或“E”后跟一个整数来表示以“10”为底数的幂数。2.3026可以表示为0.23026E1、2.3026e0、23.026e-1。C语言规定，字母e或E之前必须要有数字，且e或E后面的指数必须为整数，如e3、5e3.6、.e、e等都是非法的指数形式。在字母e或E的前后以及数字之间不得插入空格。

3. 字符型常量

字符常量是用单引号括起来的单个普通字符或转义字符。

（1）普通字符常量：用单引号括起来的普通字符，如'b'、'xyz'、'?'等。字符常量在计算机中是以其代码（一般采用ASCII代码）储存的。

（2）转义字符常量：用单引号括起来的前面带反斜杠的字符，如'\n'、'\xhh'等，其含义是将反斜杠后面的字符转换成另外的含义。表1-2列出一些常用的转义字符及含义。

表1-2　一些常用的转义字符及含义

4. 符号常量

在C语言中，可以用一个标识符来表示一个常量，称之为符号常量。符号常量在程序开头定义后，在程序中可以直接调用，在程序中其值不会更改。

符号常量在使用之前必须先定义，其一般形式为：

　#define 标识符 常量

例如，在程序开头编写“#define PRICE 25”，就将PRICE被定义为符号常量，在程序中，PRICE就代表25。

1.3.2 变量

变量是指程序运行时其值可以改变的量。每个变量都有一个变量名，变量名必须以字母或下划线“_”开头。在使用变量前需要先声明，以便程序在存储区域为该变量留出一定的空间。例如，在程序中编写“unsigned char num=123”，就声明了一个无符号字符型变量num，程序会在存储区域留出一个字节的存储空间，将该空间命名（变量名）为num，在该空间存储的数据（变量值）为123。

变量类型有位变量、字符型变量、整型变量和浮点型变量（也称实型变量）。

（1）位变量（bit）：占用的存储空间为1位，位变量的值：0或1。

（2）字符型变量（char）：占用的存储空间为1个字节（8位），无符号字符型变量的数值范围为0～255，有符号字符型变量的数值范围为-128～+127。

（3）整型变量：可分为短整型变量（int或short）和长整型变量（long），短整型变量的长度（即占用的存储空间）为2个字节，长整型变量的长度为4个字节。

（4）浮点型变量：可分为单精度浮点型变量（float）和双精度浮点型变量（double），单精度浮点型变量的长度（即占用的存储空间）为4个字节，双精度浮点型变量的长度为8个字节。由于浮点型变量会占用较多的存储空间，故单片机编程时尽量少用浮点型变量。

C51变量的类型、长度和取值范围见表1-3。

表1-3　C51变量的类型、长度和取值范围

1.3.3 运算符

C51的运算符可分为算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符和复合赋值运算符。

1. 算术运算符

C51的算术运算符见表1-4。在进行算术运算时，按“先乘除模，后加减，括号最优先”的原则进行，即乘、除、模运算优先级相同，加、减优先级相同且最低，括号优先级最高，在优先级相同的运算时按先后顺序进行。

表1-4　C51的算术运算符

在C51语言编程时，经常会用到加1符号“++”和减1符号“--”，这两个符号使用比较灵活。常见的用法如下。

y=x++（先将x赋给y，再将x加1）

y=x--（先将x赋给y，再将x减1）

y=++x（先将x加1，再将x赋给y）

y=--x（先将x减1，再将x赋给y）

x=x+1可写成x++或++x

x=x-1可写成x--或—x

%为模运算，即相除取余数运算，如9%5结果为4。

^为乘幂运算，如2^3表示2的3次方（23），2^表示2的平方（22）。

2. 关系运算符

C51的关系运算符见表1-5。<、>、<=和>=运算优先级高且相同，==、!=运算优先级低且相同，例如“a>b!=c”相当于“（a>b）!=c”。

表1-5　C51的关系运算符

用关系运算符将两个表达式（可以是算术表达式、关系表达式、逻辑表达式或字符表达式）连接起来的式子称为关系表达式，关系表达式的运算结果为一个逻辑值，即真（1）或假（0）。

例如：a=4、b=3、c=1，则

a>b的结果为真，表达式值为1；

b+c<a的结果为假，表达式值为0；

（a>b）==c的结果为真，表达式值为1，因为a>b的值为1，c值也为1；

d=a>b，d的值为1；

f=a>b>c，由于关系运算符的结合性为左结合，a>b的值为1，而1>c的值为0，所以f值为0。

3. 逻辑运算符

C51的逻辑运算符见表1-6。“&&”、“||”为双目运算符，要求两个运算对象，“!”为单目运算符，只需要有一个运算对象。&&、||运算优先级低且相同，!运算优先级高。

表1-6　C51的逻辑运算符

与关系表达式一样，逻辑表达式的运算结果也为一个逻辑值，即真（1）或假（0）。

例如：a=4、b=5，则

!a的结果为假，因为a=4为真（a值非0即为真），!a即为假（0）；

a||b的结果为真（1）；

!a&&b的结果为假（0），因为！优先级高于&&，故先运算!a的结果为0，而0&&b的结果也为0。

在进行算术、关系、逻辑和赋值混合运算时，其优先级从高到低依次为：！（非）→算术运算符→关系运算符→&&和||→赋值运算符（=）。

4. 位运算符

C51的位运算符见表1-7。位运算的对象必须是位型、整型或字符型数，不能为浮点型数。

表1-7　C51的位运算符

位运算举例如下：

5. 复合赋值运算符

复合赋值运算符就是在赋值运算符“=”前面加上其他运算符，C51常用的复合赋值运算符见表1-8。

表1-8　C51常用的复合赋值运算符

复合运算就是变量与表达式先按运算符运算，再将运算结果值赋给参与运算的变量。凡是双目运算（两个对象运算）都可以用复合赋值运算符去简化表达。

复合运算的一般形式为：

　变量 复合赋值运算符 表达式

例如：a+=28相当于a=a+28。

1.3.4 关键字

在C51语言中，会使用一些具有特定含义的字符串，称之为“关键字”，这些关键字已被软件使用，编程时不能将其定义为常量、变量和函数的名称。C51语言关键字分两大类：由ANSI（美国国家标准学会）标准定义的关键字和Keil C51编译器扩充的关键字。

1. 由ANSI标准定义的关键字

由ANSI（美国国家标准学会）标准定义的关键字有char、double、enum、float、int、long、short、signed、struct、union、unsigned、void、break、case、continue、default、do、else、for、goto、if、return、switch、while、auto、extern、register、static、const、sizeof、typedef、volatile等。这些关键字可分为以下几类。

（1）数据类型关键字：用来定义变量、函数或其他数据结构的类型，如unsigned char、int等。

（2）控制语句关键字：在程序中起控制作用的语句，如while、for、if、case等。

（3）预处理关键字：表示预处理命令的关键字，如define、include等。

（4）存储类型关键字：表示存储类型的关键字，如static、auto、extern等。

（5）其他关键字：如const、sizeof等。

2. Keil C51编译器扩充的关键字

Keil C51编译器扩充的关键字可分为两类。

（1）用于定义51单片机内部寄存器的关键字：如sfr、sbit。

sfr用于定义特殊功能寄存器，如“sfr P1=0x90;”是将地址为0x90的特殊功能寄存器名称定义为P1; sbit用于定义特殊功能寄存器中的某一位，如“sbit LED1=P1^1;”是将特殊功能寄存器P1的第1位名称定义为LED1。

（2）用于定义51单片机变量存储类型的关键字。这些关键字有6个，见表1-9。

表1-9　用于定义51单片机变量存储类型的关键字

1.3.5 数组

数组也常称作表格，是指具有相同数据类型的数据集合。在定义数组时，程序会将一段连续的存储单元分配给数组，存储单元的最低地址存放数组的第一元素，最高地址存放数组的最后一个元素。

根据维数不同，数组可分为一维数组、二维数组和多维数组；根据数据类型不同，数组可分为字符型数组、整型数组、浮点型数组和指针型数组。在用C51语言编程时，最常用的是字符型一维数组和整型一维数组。

1. 一维数组

（1）数组定义

一维数组的一般定义形式如下。

　类型说明符 数组名[下标]

方括号（又称中括号）中的下标也称为常量表达式，表示数组中的元素个数。

一维数组定义举例如下。

　unsigned int a[5]；

以上定义了一个无符号整型数组，数组名为a，数组中存放5个元素，元素类型均为整型，由于每个整型数据占2个字节，故该数组占用了10个字节的存储空间，该数组中的第1～5个元素分别用a[0]～a[4]表示。

（2）数组赋值

在定义数组时，也可同时指定数组中的各个元素（即数组赋值），形式如下。

　unsigned int a[5]={2,16,8,0,512}；
　unsigned int b[8]={2,16,8,0,512}；

在数组a中，a[0]=2，a[4]=512；在数组b中，b[0]=2，b[4]=512，b[5]～b[7]均未赋值，全部自动填0。

在定义数组时，要注意以下几点。

① 数组名应与变量名一样，必须遵循标识符命名规则，在同一个程序中，数组名不能与变量名相同。

② 数组中的每个元素的数据类型必须相同，并且与数组类型一致。

③ 数组名后面的下标表示数组的元素个数（又称数组长度），必须用方括号括起来，下标是一个整型值，可以是常数或符号常量，不能包含变量。

2. 二维数组

（1）数组定义

二维数组的一般定义形式如下。

　类型说明符 数组名[下标1] [下标2]

下标1表示行数，下标2表示列数。

二维数组定义举例如下。

　unsigned int a[2] [3]；

以上定义了一个无符号整型二维数组，数组名为a，数组为2行3列，共6个元素，这6个元素依次用a[0] [0]、a[0] [1]、a[0] [2]、a[1] [0]、a[1] [1]、a[1] [2]表示。

（2）数组赋值

二维数组赋值有两种方法。

① 按存储顺序赋值。如下所示。

unsigned int a[2] [3]={1,16,3,0,28,255}；

② 按行分段赋值。如下所示。

unsigned int a[2] [3]={{1,16,3},{0,28,255}}；

3. 字符型数组

字符型数组用来存储字符型数据。字符型数组可以在定义时进行初始化赋值。如下所示。

　char c[4]={ 'A', 'B', 'C', 'D'};

以上定义了一个字符型数组，数组名为c，数组中存放4个字符型元素（占用了4个字节的存储空间），分别是A、B、C、D（实际上存放的是这4个字母的ASCII码，即0x65、0x66、0x67、0x68）。如果对全体元素赋值时，数组的长度（下标）也可省略，即上述数组定义也可写成如下所示。

　char c[]={ 'A', 'B', 'C', 'D'};

如果要在字符型数组中存放一个字符串“good”，可采用以下3种方法。

　char c[]={ 'g', 'o', 'o', 'd', '\0'}; //“\0”为字符串的结束符
　char c[]={"good"}; //使用双引号时，编译器会自动在后面加结束符'\0'，故数组长度应较字符数多一个
　char c[]="good";

如果要定义二维字符数组存放多个字符串时，二维字符数组的下标1为字符串的个数，下标2为每个字符串的长度，下标1可以不写，下标2则必须要写，并且其值应较最长字符串的字符数（空格也算一个字符）至少多出一个。如下所示。

　char c[][20]={{"How old are you?",\n}, {"I am 18 years old.",\n},{"and you?" }};

上例中的“\n”是一种转义符号，其含义是换行，将当前位置移到下一行开头。

1.3.6 循环语句（while、do while、for语句）

在编程时，如果需要某段程序反复执行，可使用循环语句。C51的循环语句有3种：while语句、do while语句和for语句。

1. while语句

while语句的格式为“while（表达式）{语句组;}”，编程时为了书写阅读方便，一般按以下方式编写。

　while（表达式）
　{
　语句组;
　}

while语句在执行时，先判断表达式是否为真（非0即为真）或表达式是否成立，若为真或表达式成立则执行大括号（也称花括号）内的语句组（也称循环体），否则不执行大括号内的语句组，直接跳出while语句，执行大括号之后的内容。

在使用while语句时，要注意以下几点。

① 当while语句的大括号内只有一条语句时，可以省略大括号，但使用大括号可使程序更安全可靠。

② 若while语句的大括号内无任何语句（空语句）时，应在大括号内写上分号“;”，即“while（表达式）{:}”，简写就是“while（表达式）；”。

③ 如果while语句的表达式是递增或递减表达式，while语句每执行一次，表达式的值就增1或减1。例如“while（i++）{语句组;}”。

④ 如果希望某语句组无限次循环执行，可使用“while（1）{语句组;}”。如果希望程序停在某处等待，待条件（即表达式）满足时往下执行，可使用“while（表达式）;”。如果希望程序始终停在某处不往下执行，可使用“while（1）;”，即让while语句无限次执行一条空语句。

2. do while语句

do while语句的格式如下。

　do
　{
　语句组;
　}
　while（表达式）

do while语句在执行时，先执行大括号内的语句组（也称循环体），然后用while判断表达式是否为真（非0即为真）或表达式是否成立，若为真或表达式成立则执行大括号内的语句组，直到while表达式为0或不成立，直接跳出do while语句，执行之后的内容。

do while语句是先执行一次循环体语句组，再判断表达式的真假以确定是否再次执行循环体，而while语句是先判断表达式的真假，以确定是否执行循环体语句组。

3. for语句

for语句的格式如下。

　for（初始化表达式; 条件表达式; 增量表达式）
　{
　语句组;
　}

for语句执行过程：先用初始化表达式（如i=0）给变量赋初值，然后判断条件表达式（如i<8）是否成立，不成立则跳出for语句，成立则执行大括号内的语句组，执行完语句组后再执行增量表达式（如i++），接着再次判断条件表达式是否成立，以确定是否再次执行大括号内的语句组，直到条件表达式不成立才跳出for语句。

1.3.7 选择语句（if、switch…case语句）

C51常用的选择语句有if语句和switch…case语句。

1. if语句

if语句有3种形式：基本if语句、if…else…语句和if…else if…语句。

（1）基本if语句

基本if语句格式如下。

　if（表达式）
　{
　语句组;
　}

if语句执行时，首先判断表达式是否为真（非0即为真）或表达式是否成立，若为真或表达式成立则执行大括号（也称花括号）内的语句组（执行完后跳出if语句），否则不执行大括号内的语句组，直接跳出if语句，执行大括号之后的内容。

（2）if…else…语句

if…else…语句格式如下。

yuan　if（表达式）
　{
　语句组1;
　}
　else
　{
　语句组2;
　}

if…else…语句执行时，首先判断表达式是否为真（非0即为真）或表达式是否成立，若为真或表达式成立则执行语句组1，否则执行语句组2，执行完语句组1或语句组2后跳出if…else…语句。

（3）if…else if…语句（多条件分支语句）

if…else if…语句格式如下。

　if（表达式1）
　{
　语句组1;
　}
　else if（表达式2）
　{
　语句组2;
　}
　……
　else if（表达式n）
　{
　语句组n;
　}

if…else if…语句执行时，首先判断表达式1是否为真（非0即为真）或表达式是否成立，为真或表达式成立则执行语句组1，然后判断表达式2是否为真或表达式是否成立，为真或表达式2成立则执行语句组2，……最后判断表达式n是否为真或表达式是否成立，为真或表达式n成立则执行语句组n，如果所有的表达式都不成立或为假时，跳出if…else if…语句。

2. switch…case语句

switch…case语句格式如下。

　switch（表达式）
　{
　case 常量表达式1; 语句组1；break；
　case 常量表达式2; 语句组2；break；
　……
　case 常量表达式n; 语句组n；break；
　default:语句组n+1；
　}

switch…case语句执行时，首先计算表达式的值，然后按顺序逐个与各case后面的常量表达式的值进行比较，当与某个常量表达式的值相等时，则执行该常量表达式后面的语句组，再执行break而跳出switch…case语句；如果表达式与所有case后面的常量表达式的值都不相等，则执行default后面的语句组n+1，并跳出switch…case语句。