型別、變數，以及你的第一支真正的程式

我們爬到階梯的哪一階了

在「基礎」那一階，你看過了全局：電腦是一台把自己的指令儲存在記憶體裡的機器，而要跑你自己的程式，你走過了編輯—編譯—執行的循環——打出原始碼、交給編譯器、再執行它產出的可執行檔。你甚至印出了 hello, world。那支程式是一句客氣的問候，但它並沒有「運算」任何東西。本階「學習 C 語言」要補上這一塊：在五篇導引裡，我們會學到足夠的 C，足以寫出真正可用的小程式。

我們從最底層開始，從每支程式賴以建構的原料著手：資料，以及盛裝它的、帶有型別的盒子。後面幾篇會加上運算子與判斷、接著是函式、再來是陣列與結構，最後是標準函式庫巡禮。我們刻意停在指標之前——位址、以及為它們命名的東西，自有專屬的一整階，因為它們威力強大卻也確實容易出錯，操之過急正是初學者受傷的方式。眼下，我們寫的一切都住在單純、具名的變數裡。

變數是一個貼了標籤、帶有型別的盒子

把記憶體想像成「基礎」階所描述的樣子：一條很長、格子有編號的層架。變數就是你用來認領其中幾格、給它們一個能唸出口的名字、並向編譯器承諾那裡將住著「哪一種」東西的方式。那個承諾就是型別。當你寫下 `int age = 27;`，你是在告訴 C：替一個整數留位置，叫它 `age`，並從 27 開始。編譯器於是知道要空出幾格、又該怎麼把它們讀回來。

為什麼非得堅持要有型別？因為記憶體裡同一串位元樣式，會隨著你怎麼讀它而代表不同的東西——這是個深刻的概念，你會在「位元與位元組」那一階再度遇見。型別就是那副鏡片。`int` 把一叢格子讀成整數；`double` 把（大小不同的）一叢格子讀成帶有小數部分的數；`char` 把單一格子讀成一個小整數，通常用來代表一個文字字元。C 的核心基本型別正是這份簡短的菜單：`char`、`int`、`float`、`double`，加上 `short`／`long` 這些大小變體——以及 `_Bool`（`bool`）與 `void`，我們很快會碰到。

宣告、定義，以及空盒子的危險

`int age = 27;` 這一行其實一口氣做了兩件事，值得把它們拆開來看。首先它宣告了名字 `age` 與它的型別，讓編譯器知道這個盒子存在。接著它定義了那個盒子——真正留下那些格子——並把它初始化，把 27 寫進去。C 在宣告與定義之間劃下了真實的界線；對一個簡單的區域變數來說，這兩者通常發生在同一行，但等你遇到函式與多個檔案時，就會看到它們被拆開。

那句話裡最重要的詞是初始化。如果你只寫 `int age;` 就停手，你擁有了一個盒子，卻從沒往裡頭放任何東西。C「並不會」貼心地替你歸零（至少對區域變數而言）。此刻讀取 `age`，得到的是那些格子裡原本就坐著的任何位元樣式——前面某段程式留下的殘渣垃圾。這就是經典的未初始化變數 bug，而它比聽起來更惡劣：那團垃圾今天碰巧是 0、明天卻可能是四百萬，於是 bug 看似隨機地時隱時現。解法是一種紀律，而非什麼花招：在你建立每個變數的當下，就給它一個值。

名字、生命期，以及有號與無號

變數不會永遠活著，它的名字也不是處處可見。圍住一段程式的大括號 `{ ... }` 標記出一個作用域：在其中宣告的變數，於控制流進入時誕生、於控制流離開時不復存在。這就是它的作用域與生命期。正因如此，你才能在兩個不同的地方都用 `i` 當迴圈計數器而不相撞——各自在自己的區塊裡生與死。這也意味著回傳一個區域變數的位址（指標日後會誘惑你這麼做）是個陷阱，因為等有人去看時，那個盒子早已消失。

每個整數型別還背負著一個選擇：它能不能是負的。普通的 `int` 是有號的——它花一個位元在符號上，於是涵蓋大約負二十億到正二十億。同樣大小的 `unsigned int` 沒有負值，因此正向能伸得高出一倍。這就是有號／無號之別。對於確實不可能為負的東西（計數、大小、位元樣式），就用無號；但要保持警覺：無號型別減過零並不會變負，而是回繞成一個巨大的數，這正是它惡名昭彰的意外。

而無論有號或無號，每個整數盒子都有固定數量的格子，因此有個上限。把值推過頂端，你就撞上溢位。對「無號」型別，標準精確地定義了回繞；對「有號」型別，溢位則是未定義行為，一個更微妙的危害，我們會在它專屬的階好好對待。眼下誠實的總結是：整數並非數學裡那種無窮的數——它們是有限的，而認清它的邊界，正是寫出不會騙你的 C 的一部分。

你的第一支真正的程式

把它們組裝起來。每支 C 程式都從一個叫 `main` 的函式開始執行，而 `main` 結束時會交回一個小整數——那是它的結束狀態，依長久以來的慣例，0 代表成功。（`main` 也能透過 argc 與 argv 接收命令列引數，但我們暫時還用不到。）下面這支程式真的會運算：它用公式 F = C * 9 / 5 + 32 把攝氏溫度換算成華氏。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int celsius = 100;
    int fahrenheit = celsius * 9 / 5 + 32;
    printf("%d C is %d F\n", celsius, fahrenheit);
    return 0;
}

攝氏轉華氏：帶型別的盒子、一次運算、印出結果，以及乾淨地結束。

存成 main.c，然後建置它：`gcc -Wall -Wextra main.c -o temp`——其中 -o 把可執行檔命名為 temp，而非預設的 a.out。
執行它：`$ ./temp` 會印出「100 C is 212 F」。printf() 裡的 `%d` 佔位符，依序由 `celsius` 與 `fahrenheit` 填入。
查看結束狀態：緊接著輸入 `$ echo $?` 會顯示 0，也就是我們的 `return 0;` 回傳給 shell、用來說「一切順利」的值。
現在動手實驗：把 100 改成 0 再重新建置——你應該會得到 32 F。從編輯到結果的整個循環，正是寫 C 的節奏。

這七行裡藏著兩個誠實的註腳。`100` 與 `32` 是字面常數——直接烤進原始碼裡的值。而那段算術是「整數」算術：因為 `celsius`、9、5 全是 `int`，`celsius * 9 / 5` 每一步都朝零取整，於是 37 C 算出來是 98 F，而不是 98.6。這不是 C 的 bug；這是 C 對你的要求精確以對。想要小數部分？把那些數改成 `double`，再用 `%f` 印出——一個小小的改動，悄悄教會了整個階段奠基其上的道理：在 C 裡，你選的型別，決定了你得到的答案。