C#初级教程（3）——变量与表达式：从基础到实践

一、为什么使用变量

计算机程序本质上是对数据的操作，数字、文字、图片等在计算机中都属于数据。而变量，就是数据在计算机内存中的 “栖息地”。我们可以把变量想象成一个个小盒子，这些盒子能存放各种数据，需要时还能随时取出。

二、变量的声明与使用

（一）声明变量

声明变量需要明确指定类型和变量名，基本格式为<type> <name>; 。这里的type代表变量的数据类型，就像是不同规格的盒子，决定了能装什么数据；name则是变量的名字，方便我们在程序中找到对应的 “盒子”。例如：

int score;  // 声明一个整数类型的变量score，用于存储分数
string message;  // 声明一个字符串类型的变量message，可存放文本信息

（二）数据类型

整型

类型名称	别名	取值范围	说明	示例
sbyte	System.SByte	-128 到 127	有符号的 8 位整数，适用于存储较小范围的整数，节省内存空间	`sbyte smallNumber = -5;`
byte	System.Byte	0 到 255	无符号的 8 位整数，常用于表示无符号的小整数，如颜色分量、索引等	`byte redColor = 255;`
short	System.Int16	-32768 到 32767	有符号的 16 位整数，比 sbyte 能表示的范围更大，适用于一些中等范围的整数计算	`short score = 1000;`
ushort	System.UInt16	0 到 65535	无符号的 16 位整数，适用于表示无符号的中等大小整数，如一些特定的计数器	`ushort itemCount = 50000;`
int	System.Int32	-2147483648 到 2147483647	最常用的整数类型，适用于大多数整数运算场景，是默认的整数类型	`int age = 25;`
uint	System.UInt32	0 到 4294967295	无符号的 32 位整数，用于表示无符号的较大整数，如文件大小（以字节为单位）等	`uint fileSize = 1024 * 1024;`
long	System.Int64	-9223372036854775808 到 9223372036854775807	有符号的 64 位整数，适用于需要表示极大范围整数的场景，如时间戳（以毫秒为单位）	`long timestamp = 1672531200000;`
ulong	System.UInt64	0 到 18446744073709551615	无符号的 64 位整数，用于表示无符号的极大整数，在处理一些超大数量级的数据时使用	`ulong largeNumber = 1000000000000000000;`

浮点型

类型名称	别名	精度	说明	示例
float	System.Single	约 7 位小数	单精度浮点数，占用 4 字节内存，适用于对精度要求不高，且需要节省内存空间的场景	`float piApprox = 3.1415927f;`
double	System.Double	约 15 - 17 位小数	双精度浮点数，占用 8 字节内存，精度较高，适用于大多数需要精确小数计算的场景	`double eValue = 2.718281828459045;`

非数值型

类型名称	别名	允许的值	说明	示例
char	System.Char	一个 Unicode 字符（存储 0 - 65535 之间的整数）	用于表示单个字符，包括字母、数字、符号、汉字等	`char letter = 'A';` `char symbol = '@';` `char chineseChar = '中';`
bool	System.Boolean	true 或 false	布尔类型，用于逻辑判断，在条件语句、循环语句等中经常使用	`bool isLoggedIn = true;` `bool isEven = (5 % 2 == 0);`
string	System.String	一组字符	用于存储文本信息，是一个字符数组的封装，提供了丰富的字符串操作方法	`string greeting = "Hello, World!";` `string sentence = "This is a test string.";`

（三）命名约定

变量命名要遵循标识符命名规则，采用 Camel 命名法，即首字母小写，后续单词首字母大写。这样命名能让代码结构更清晰，可读性更强。例如，用userName表示用户名，userAge表示用户年龄，一看就知道变量的含义。

（四）变量的赋值与初始化

变量声明后，需要赋值才能使用。可以先声明再赋值：

int num;
num = 10;

也可以在声明时直接赋值：

int num = 10;

首次给变量赋值的操作就是初始化。在使用变量前必须初始化，否则会报错，就像从空盒子里取东西，肯定是不行的。

（五）多变量声明和赋值

一条语句可以声明多个相同类型的变量，如：

string color1, color2, color3;

声明时还能对部分或全部变量初始化：

int num1 = 1, num2 = 2, num3;

三、字面值、转义字符与特殊字符

（一）字面值

字面值用于表示文本和数字，像5、"Hello"都是字面值。5是整数型字面值，"Hello"是字符串字面值。

（二）转义字符

转义字符是具有特殊功能的字符，以反斜杠\开头。比如\'表示单引号，\"表示双引号，\n表示换行，\t表示水平制表符。在字符串中使用转义字符，能实现特殊格式的输出。

string text = "He said, \"Hello!\"";  // 输出：He said, "Hello!"

转义序列	产生的字符	Unicode 值	用途示例
`\'`	单引号	`0x0027`	用于在字符串中表示单引号，如`string str1 = 'It\'s a book.';`
`\"`	双引号	`0x0022`	在字符串中包含双引号，例如`string str2 = "He said, \"Hello!\"";`
`\\`	反斜杠	`0x005C`	表示路径时很有用，如`string path = "C:\\Program Files\\Example";`
`\0`	空字符	`0x0000`	常用于表示字符串的结束（在一些特定场景），C# 中字符串本身有更明确的结束标识，但在某些与其他语言交互或底层操作时会用到
`\a`	警告（产生蜂鸣）	`0x0007`	在控制台应用程序中可触发系统提示音（部分系统有效），如`Console.Write("\a");` 可能会让计算机发出一声提示音
`\b`	退格	`0x0008`	在文本输出中实现退格效果（删除前一个字符位置的内容），不过在普通控制台输出中效果不太直观，在一些特定文本处理场景使用
`\f`	换页	`0x000C`	在打印或处理文档格式时，用于表示换页操作，在控制台应用中较少使用
`\n`	换行	`0x000A`	使文本在输出时换行，例如`Console.WriteLine("第一行\n第二行");`
`\r`	回车	`0x000D`	将光标移到当前行的开头，常与`\n`结合使用模拟完整的换行操作，如`Console.Write("Hello\r\nWorld");`
`\t`	水平制表符	`0x0009`	在文本中插入一个水平制表位，用于对齐文本，如`Console.WriteLine("Name\tAge"); Console.WriteLine("Alice\t25");`
`\v`	垂直制表符	`0x000B`	在一些文本布局中用于垂直方向的制表定位，在控制台应用中不常用

（三）Unicode 值与转义字符

Unicode 是一种字符编码标准，每个字符都对应一个 16 进制数字。可以用\u加上十六进制值来表示字符，也能表示转义字符。例如：

string message = "I\u0027m happy.";  // 等价于 "I'm happy."

（四）@符号的作用

在字符串前加@符号，除双引号外，字符串中的转义字符将不被识别。它有两个常见用途：一是让字符串跨多行书写；二是表示文件路径时更直观。

// 正常字符串表示路径，需要转义反斜杠
string path1 = "c:\\program files\\example\\file.txt";
// 使用@符号，无需转义反斜杠
string path2 = @"c:\program files\example\file.txt";

// 跨多行字符串
string multiLineText = @"This is a 
multi - line
string.";

四、表达式与运算符

（一）表达式的构成

把变量、字面值和运算符组合起来就是表达式。运算符是对操作数进行运算的符号，根据操作数的数量，运算符分为一元运算符（处理一个操作数）、二元运算符（处理两个操作数）和三元运算符（处理三个操作数）。

（二）数学运算符

1.基本运算：数学运算符包括加+、减-、乘*、除/和取余% 。除了字符串相加和char类型可参与数学运算（char在内存中存储的是数字），数学运算符主要用于处理数字。

int result1 = 5 + 3;  // 结果为8
int result2 = 10 % 3;  // 取余运算，结果为1

2.运算结果类型：当操作数类型一致时，结果类型与操作数相同；当操作数类型不同时，结果类型与范围大的操作数一致，以确保结果能正确存储。例如：

int num1 = 5;
double num2 = 3.5;
double result = num1 + num2;  // 结果为8.5，类型为double

3.自增自减运算符：++使操作数加 1，--使操作数减 1 。作为前缀（如++var 、--var ）时，先进行加 / 减 1 操作，再返回结果；作为后缀（如var++ 、var-- ）时，先返回结果，再进行加 / 减 1 操作。

int num = 5;
int result1 = ++num;  // num变为6，result1为6
int result2 = num++;  // result2为6，num变为7

（三）赋值运算符

赋值运算符用于给变量赋值。除了基本的=，还有复合赋值运算符，如+=、-=、*=、/=、%= 。

int num = 5;
num += 3;  // 等价于num = num + 3，num变为8

（四）运算符优先级

运算符的优先级决定了表达式中运算的先后顺序。例如，乘法和除法的优先级高于加法和减法。可以用括号改变优先级，括号内的运算先执行。

int result1 = 2 + 3 * 4;  // 先算乘法，结果为14
int result2 = (2 + 3) * 4;  // 先算括号内加法，结果为20

五、用户输入与类型转换

（一）获取用户输入

通过Console.ReadLine()方法可以从键盘读取用户输入的一行字符串。例如：

Console.Write("请输入你的名字：");
string name = Console.ReadLine();
Console.WriteLine("你好，" + name + "!");

（二）类型转换

从控制台读取的输入默认是字符串类型，需要时要进行类型转换。可以使用Convert类的方法，将字符串转换为其他类型。

Console.Write("请输入一个整数：");
string str = Console.ReadLine();
int num = Convert.ToInt32(str);  // 将字符串转换为整数

六、实战练习

1.定义商品信息变量：在Main方法中定义变量，存储商品的名称、价格、库存数量等信息。

class Program
{
    static void Main()
    {
        string productName = "笔记本电脑";
        double price = 5999.99;
        int stock = 100;
        Console.WriteLine($"商品名称：{productName}，价格：{price}元，库存：{stock}件");
    }
}

2.交换两个浮点数变量的值：接受用户输入的两个浮点数，存储到变量中并交换它们的值。

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.Write("请输入第一个浮点数：");
        float num1 = Convert.ToFloat(Console.ReadLine());
        Console.Write("请输入第二个浮点数：");
        float num2 = Convert.ToFloat(Console.ReadLine());

        float temp = num1;
        num1 = num2;
        num2 = temp;

        Console.WriteLine($"交换后，第一个数为：{num1}，第二个数为：{num2}");
    }
}

3.计算四个长整型数的乘积：编写控制台应用程序，要求用户输入 4 个long类型的值，并显示它们的乘积。

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.Write("请输入第一个长整型数：");
        long num1 = Convert.ToInt64(Console.ReadLine());
        Console.Write("请输入第二个长整型数：");
        long num2 = Convert.ToInt64(Console.ReadLine());
        Console.Write("请输入第三个长整型数：");
        long num3 = Convert.ToInt64(Console.ReadLine());
        Console.Write("请输入第四个长整型数：");
        long num4 = Convert.ToInt64(Console.ReadLine());

        long product = num1 * num2 * num3 * num4;
        Console.WriteLine($"这四个数的乘积为：{product}");
    }
}

4.反转四位整数的各位数字：从键盘输入一个四位的正整数，把千位、百位、十位、个位数字的相反顺序输出。

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.Write("请输入一个四位正整数：");
        int num = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());

        int reversedNum = (num % 10) * 1000 + ((num / 10) % 10) * 100 + ((num / 100) % 10) * 10 + (num / 1000);
        Console.WriteLine($"反转后的数字为：{reversedNum}");
    }
}

5.计算三角形面积：编写程序，输入三角形的底和高，计算并显示三角形的面积。三角形面积公式为：面积 = 底 × 高 ÷2。

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.Write("请输入三角形的底：");
        double baseLength = Convert.ToDouble(Console.ReadLine());
        Console.Write("请输入三角形的高：");
        double height = Convert.ToDouble(Console.ReadLine());

        double area = baseLength * height / 2;
        Console.WriteLine($"三角形的面积为：{area}");
    }
}

6.计算椭圆的面积和周长：计算长半轴为a，短半轴为b的椭圆的面积和周长，a和b由用户输入。椭圆面积公式为：面积 = π× 长半轴 × 短半轴；椭圆周长公式（近似）为：周长 = 2π×√((长半轴 ² + 短半轴 ²)/2) 。

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.Write("请输入椭圆的长半轴：");
        double a = Convert.ToDouble(Console.ReadLine());
        Console.Write("请输入椭圆的短半轴：");
        double b = Convert.ToDouble(Console.ReadLine());

        double area = Math.PI * a * b;
        double perimeter = 2 * Math.PI * Math.Sqrt((a * a + b * b) / 2);

        Console.WriteLine($"椭圆的面积为：{area}");
        Console.WriteLine($"椭圆的周长为：{perimeter}");
    }
}