Kiểu và khai báo biến trong C

Dấu

Một kiểu được gọi là có dấu nếu kiểu nguyên đó có thể chứa các số âm. Ngược lại các kiểu cơ bản nào không chấp nhận các số âm là kiểu không dấu.

Có hai kiểu nguyên là char và int có thể có dấu âm hoặc không. Theo mặc định thì mọi kiểu int là có dấu (nghĩa là chúng chấp nhận các số âm). Để dùng dưới dạng không có dấu (tức là kiểu nguyên chỉ chấp nhận các sô không âm) thì từ khoá unsigned phải được dùng. Ngoài ra, thay vì khai báo đầy đủ trong dạng unsigned int, người ta có thể lược bỏ bớt từ khóa int (và nó được xem như hiểu ngầm—điều này chỉ dùng được cho kiểu int mà thôi). Như vậy hai khai báo sau đây hoàn toàn tương đương:
unsigned int green;unsigned green;
Đặc tả của C không xác định rõ ràng là kiểu char sẽ là loại có dấu hay không dấu; khi đó, dấu của kiểu này tùy thuộc vào quy định của nhà phát hành trình dịch. Như vậy, một cách để giảm sai sót khi làm việc trên nhiều loại trình dịch C khác nhau là khai báo rõ ràng bằng các định tính signed hay unsigned nếu dùng kiểu char để tính toán trên các con số. (Dù sao, nó thực sự sẽ không quá quan trọng nếu dùng kiểu char như là kiểu "ký tự".)
unsigned char grey;signed char white;
Tiêu chuẩn chung yêu cầu char, signed char, unsigned char là các kiểu khác nhau. Ngoài ra, các hàm chuẩn về dãy các ký tự sử dụng các con trỏ chỉ tới kiểu char (không có định tính), nhiều trình dịch C sẽ bắt lỗi (hay cảnh cáo) nếu các kiểu ký tự khác được dùng như là dãy ký tự được chuyển vào các hàm này.

Từ khóa định tính const cho các kiểu

Để giúp tăng cường độ an toàn trong các chương trình, các giá trị có thể được đánh dấu là các hằng bằng từ khóa định tính const. Với từ khóa này thì một biến khai báo trở thành một hằng. Mọi thao tác do vô ý hay cố ý để điều chỉnh giá trị của nó sẽ bị báo lỗi bởi hầu hết các trình dịch. Bởi vì sau khi đã dùng từ khóa định tính const thì các giá trị của biến không thể thay đổi nữa nên người lập trình phải gán giá trị ban đầu ngay lúc khai báo.

Chuẩn C cho phép hoán đổi vị trí của các hiệu chính. Thí dụ cả hai khai báo hằng sau đây là tương đương
int const black = 12;const int black = 12;
Cách khai báo đầu thường phản ánh cách dùng const trong cách dùng kiểu con trỏ trong khi cách thứ nhì lại tự nhiên hơn và phổ dụng hơn.

Con trỏ

Một biến có thể được khai báo như là một con trỏ chỉ đến các giá trị có kiểu nào đó, với ý nghĩa của dùng từ khóa định tính *. Để khai báo chỉ việc viết thêm ngay trước tên biến một dấu sao:
char *square;long *circle;
Lưu ý: Nếu dùng nhiều hơn một dấu sao thì sẽ tạo nên dạng các con trỏ đứng trước chỉ vào con trỏ đứng sau và con trỏ cuối cùng mới chỉ đến địa chỉ của giá trị biến.
Trong cuốn "The C Programming Language" (Ngôn ngữ lập trình C) có cho một giải thích tường tận về việc "hơi kì cục" khi dùng dấu sao trước tên của biến, trong khi dường như việc dùng dấu sao này đứng trước tên của kiểu thì có vẻ "hợp lý" hơn. Đó chính là việc tham chiếu ngược con trỏ, nó có kiểu của đối tượng mà nó chỉ tới. Trong thí dụ trên, *circle là một giá trị của kiểu long. Trong khi điều này khó thấy rõ trong thí dụ trên, thì nó lại cho thấy ưu điểm nếu dùng trong các kiểu phức hợp. Đây là lý do tại sao C "hơi kì cục" trong cách khai báo các kiểu phức hợp, lúc đó, tên của biến sẽ không còn rõ ràng trong khi khai báo kiểu như các thí dụ sẽ nêu trong phần tiếp sau đây.

Có một kiểu đặc biệt của giá trị mà không thể dùng được trực tiếp như là biến có kiểu, nhưng lại có thể chỉ đến nó nếu khai báo con trỏ.
void *triangle;
Giá trị được chỉ tới ở đây không thể dùng trực tiếp được; mọi cố gắng để tham chiếu ngược con trỏ này sẽ dẫn tới một lỗi. Sự tiện lợi ở đây là vì nó là một con trỏ "tổng quát"; nó hữu dụng khi làm việc trên dữ liệu mà kiểu được chỉ tới là không giữ vai trò gì quan trọng. Đơn giản chỉ cần cái địa chỉ con trỏ. Nó thường được ứng dụng để chứa các con trỏ trong các kiểu để làm tiện ích như là danh sách liên kết, bảng băm (hash). Khi nào cần thì tiện ích sẽ đổi kiểu (typecast) thành con trỏ có kiểu cần dùng.
Sau đây là thí dụ về các khai báo con trỏ hợp lệ:
long int *rectangle;unsigned short int *rhombus;const char *kite;
Lưu ý đặc biệt về việc dùng const trong trường hợp cuối cùng: ở đây kite là một con trỏ không phải là hằng chỉ tới một const char (tức là nó chỉ tới là một hằng có kiểu ký tự). Giá trị của kite tự nó không phải là hằng, chỉ có giá trị của char mà nó chỉ tới là một hằng. hay nói ngắn gọn hơn thì con trỏ kite có thể thay đổi để trỏ tới địa chỉ khác, nhưng giá trị tại địa chỉ mà con trỏ đang trỏ tới không thay đổi được.
Vị trí của từ khoá const đặt sau kiểu sẽ cho một cách thức để khai báo hằng con trỏ. Và như là một hằng, nó phải được gán giá trị khởi động khi khai báo:
char * const pentagon = &some_char;
Ở đây, pentagon là một hằng con trỏ, mà nó chỉ tới một char. Giá trị mà nó chỉ tới lại không là một hằng; và sẽ không gây lỗi khi thay đổi ký tự được nó chỉ tới. Chỉ khi nào thay đổi chính con trỏ này thì sẽ gây lỗi (vì đã khai báo nó là hằng). Cũng có thể khai báo cả hai: con trỏ và giá trị mà nó chỉ tới đều là hằng. Có hai cách tương đương nếu muốn khai báo như vậy là:
char const * const hexagon = &some_char;const char * const hexagon = &some_char;

Con trỏ chỉ tới con trỏ

Vì lý do một khai báo chẳng hạn như char * tự nó là một kiểu, nên một biến con trỏ có thể được khai báo để nó chỉ vào các giá trị có kiểu như vây. Nói gọn hơn, chúng là con trỏ chỉ tới các con trỏ. Thí dụ:
char **septagon;
Như đã đề cập phần trên các từ khóa định tính const có thể áp dụng vào chẳng hạn:
unsigned long const int * const *octogon;
Dòng trên khai báo octogon là một con trỏ chỉ tới một hằng con trỏ, và hằng con trỏ này trở lại chỉ tới một hằng số nguyên dạng unsigned long. Các kiểu con trỏ có thể lồng nhau, nhưng chúng càng trở nên khó khăn để nghĩ tới việc sử dụng khi mà càng nhiều cấp độ của sự gián tiếp tham gia vào. Mọi mã dùng nhiều hơn hai cấp độ của con trỏ có thể sẽ cần tới một sự thiết kế, dạng struct các con trỏ.

Mảng

Đối với nhiều người lập trình, trong hầu hết các ngôn ngữ tương tự C, kiểu của một mảng nằm trong số phần tử mà nó chứa. Do vậy, khai báo sau đây có thể dùng trong các ngôn ngữ như Java hay C# để khai báo một mảng 10 giá trị số nguyên.
int[10] cat; /* THIS IS NOT VALID C CODE */
Mặc dù vậy, như đã nhắc tới trước đây, nguyên lý trong cú pháp khai báo của C làm cho việc khai báo tương tự như việc sử dụng của biến. Thí dụ: một truy cập tới mảng này chẳng hạn như là cat[i], lúc khai khai báo lại cũng có cú pháp dạng:
int cat[10];

Mảng của các mảng

Tương tự như con trỏ, kiểu mảng có thể được lồng nhau. Vì trong cách viết mảng sử dụng các ngoặc vuông ([]), là một cách viết hậu tố, nên kích cỡ của mảng bên trong thì được ghi ở bên ngoài (hay đằng sau):
double dog[5][12];
Câu lệnh trên khai báo rằng dog là một mảng có năm phần tử. Mỗi phần tử là một mảng của 12 giá trị double.

Mảng của các con trỏ

Vì kiểu của phần trong một mảng tự nó lại là một kiểu của C, mảng của các con trỏ đương nhiên cũng có cấu trúc:
char *mice[10];
Câu lệnh này khai báo biến mice là mảng của 10 phần tử, trong đó, mỗi phần tử là một con trỏ chỉ tới char.

Con trỏ chỉ tới các mảng

Để khai báo một biến là một con trỏ chỉ tới một mảng, nhất thiết phải dùng tới dấu ngoặc đơn. Nó tương tự như cách dùng ngoặc để đổi thứ tự ưu tiên cho phép toán (phép toán trong ngoặc sẽ được tính trước) chẳng hạn:
2 + 3 * 4(2 + 3) * 4
Hoàn toàn tương tự cho con trỏ chỉ tới các mảng. Lưu ý rằng dấu ngoặc vuông ([]) có độ ưu tiên cao hơn dấu sao (*), do đó khai báo sẽ có dạng:
double (*elephant)[20];
Câu lệnh này khai báo biến elephant là một con trỏ, và nó chỉ tới một mảng có 20 giá trị kiểu double.
Để khai báo một con trỏ chỉ tới dãy các con trỏ, chỉ cần kết hợp các cách viết:
int *(*crocodile)[15];

Hàm

Một sự khai báo hàm là một thí dụ điển hình của một kiểu dẫn xuất. Bởi vì hàm có thể nhận vào các tham số, kiểu của mỗi tham số phải được ghi rõ ra. Tên của mỗi tham số không nhất thiết phải được cho trước khi khai báo một hàm. Hai cách khai báo sau đây là tương đương:
long bat(char);long bat(char c);

Tham số

Trong khi cả hai dạng trên đều đúng cú pháp, thì cách viết bỏ qua tên của các tham số thường được xét như là một dạng tồi khi viết các khai báo hàm trong các tập tin tiêu đề. Các tên này có thể cung ứng các thông tin có giá trị cho những người đọc các tập tin đó chẳng hạn như là ý nghĩa và phép toán của chúng.

Các hàm có thể nhận và trả về các kiểu con trỏ dùng cách viết thông thường cho một con trỏ:
int const *ball(long int l, int i, unsigned char *s);
Kiểu đặc biệt void hữu dụng cho việc khai báo các hàm mà chúng không có tham số nào cả:
char *wicket(void);
Điều này khác với một bộ tham số trống rỗng, được dùng trong ANSI C, để khai báo một hàm, nhưng không cho bất cứ thông tin nào về các kiểu tham số của nó.
double umpire();
Câu lệnh trên khai báo một hàm tên là umpire, nó trả về một giá trị double, nhưng không đề cập gì về các tham số mà hàm đó dùng tới.

Hàm nhận hàm khác làm tham số

Trong C, các hàm không thể trực tiếp lấy các hàm khác như là tham số của nó, hay không thể trả về một hàm số như là kết quả. Mặc dù vậy, chúng có thể lấy vào hay trả về các con trỏ. Để khai báo rằng một hàm lấy một con trỏ hàm như là một tham số, thì dùng cách viết chuẩn như đã ghi ở trên.
int crowd(char p1, int (*p2)(void));
Khai báo bên trên có một hàm mà có hai tham số. Đối số đầu tiên, p1, là một ký tự kiểu char thông thường. Đối số còn lại, p2 là một con trỏ chỉ tới một hàm. Hàm được chỉ tới này không (nên) có các tham số, và sẽ trả về một số nguyên int.

Hàm trả về một hàm khác

Để khai báo một hàm mà nó trả về một hàm khác phải dùng tới dấu ngoặc đơn, để thay thứ tự ưu tiên của các phép toán (về hàm)
long (*boundary(int height, int width))(int x, int y);
Như trên, có hai bộ danh sách tham số, sự khai báo này nên được đọc thật kĩ, vì nó không được rõ ràng. Ở đây, hàm boundary được định nghĩa. Nó có hai tham số nguyên height và width, và trả về một con trỏ hàm. Con trỏ trả về này chỉ tới một hàm mà tự hàm đó có hai tham số nguyên là x và y, và trả về một số nguyên long.
Cách này có thể được mở rộng tùy ý để làm cho các hàm trả về con trỏ chỉ tới hàm mà hàm đó lại trả về các con trỏ, mà các con trỏ này chỉ tới các hàm khác, và vân vân, nhưng việc này sẽ biến mã nguồn trở nên khó hiểu một cách nhanh chóng, và rất dễ phát sinh lỗi. Nếu thấy cần thiết làm chuyện đó, thì người lập trình nên cứu xét việc thiết kế lại hay dùng một cách định nghĩa kiểu typedef.

Cấu trúc

Cấu trúc (từ khóa tương ứng struct) thực sự là một "kiểu mở rộng" của mảng. So với mảng thì cấu trúc mạnh hơn ở chỗ nó cho phép các phần tử của nó có các kiểu khác nhau và mỗi phần tử này được gọi là thành phần của một cấu trúc:
1 struct person2 {3   char name[60];4   int age;5 }; //lưu ý dấu ";" cần dùng để kết thúc câu lệnh
Câu lệnh struct nêu trên là một khai báo chuẩn để tạo ra một kiểu cấu trúc trong C.

Định nghĩa biến kiểu struct

Việc định nghĩa một biến có kiểu struct cũng đơn giản như khi định nghĩa các biến bình thường:
struct person Bluesman;struct person Bio = {"Hieu", 30};
Trong cách đầu thì biến Bluesman chưa có giá trị khởi động (nó vẫn có thể được truy cập và thay đổi giá trị sau này) trong khi biến Bio đã được gán các giá trị ban đầu. Hãy lưu ý dùng dấu phẩy "," để phân biệt các giá trị được gán lên những thành phần của cấu trúc—và dĩ nhiên chúng phải có đúng kiểu cũng như không thể gán thiếu các giá trị cho các thành phần này.
Để truy cập đến các giá trị của biến có kiểu struct thì có thể dùng toán tử "." như câu lệnh sau:
printf("Name: %s\n", Bio.name);

Mảng của các struct

Để kiến tạo một mảng của các struct thì dùng cú pháp sau:
struct person list[10];

Con trỏ chỉ tới struct

Cũng vậy, việc tiến hành khai báo một biến con trỏ có kiểu là struct tương tự cách thông thường. Chỉ cần thêm vào đó dấu sao đằng trước tên biến:
struct person *Huong;

Cấu trúc lồng nhau

Kiểu cấu trúc cũng có thể định nghĩa lồng vào nhau. Thí dụ dưới đây cho thấy việc khai báo cấu trúc worker có chứa cấu trúc person như là một thành phần. Việc truy cập dữ liệu thành phần của cấu trúc bên trong cũng được tiến hành theo cách dùng toán tử "." nối tiếp nhau.
 1 struct person 2 { 
 3   char name[60]; 
 4   int age; 5 }; 6  7 struct worker 8 { 
 9   struct person peronal_ID;10   char job[30];11   float income;12 };

Dùng #define để định nghĩa hằng và kiểu

Một cách tổng quát thì từ khóa tiền xử lý #define đùng để định nghĩa tên của một kiểu (đối tượng) nào đó. Thực ra, câu lệnh #define chỉ là một loại câu lệnh macro. Có hai ứng dụng chính như sau:

Định nghĩa tên hằng

Có thể dùng câu lệnh tiền xử lý #define để định nghĩa một hằng:
#define PI 3.14159 //định nghĩa tên một hằng số PI#define STANDARD "ANSI C" //định nghĩa tên một hằng dãy ký tự#define ESC '\033' //định nghĩa tên một hằng ký tự mã ASCII của phím Esc.
Lưu ý: so với cách định nghĩa dùng từ khóa const thì cách dùng này không được uyển chuyển bằng nhưng nó thường cho hiệu quả thực thi nhanh hơn vì đây chỉ là các macro.

Định nghĩa tên của kiểu dữ liệu

Có thể dùng #define để định nghĩa tên của một kiểu dữ liệu:
#define real float //định nghĩa tên kiẻu real cho dữ liệu có kiểu float
Việc khai báo các biến không có gì khác lạ ngoại trừ tên mới được dùng:
real x, y[3], *z;
Lưu ý: Việc sử dụng #define có thể có các hiệu ứng phụ không ngờ nếu dùng nó kết hợp với nhiều định tính và có thể dẫn đến những lỗi khó tìm khi viết mã:
#define STRING char *
Trong lúc định nghĩa biến người lập có thể muốn định nghĩa hai con trỏ char như sau:
STRING name, job;

Tuy nhiên, điều ước muốn sẽ không xảy ra vì #define là macro nên trình dịch sẽ diễn giải thành (nó chỉ thay thế tên STRING bằng char *):
char * name, job;
Và như vậy, người lập trình sẽ không nhận được hai biến con trỏ như dự tính mà chỉ có một biến name là con trỏ mà thôi.

Dùng typedef để định nghĩa kiểu

Một cách khác để đặt tên riêng cho kiểu dữ liệu là dùng câu lệnh với từ khóa typedef:
typedef float real;
Nếu so sánh cách viết trong thí dụ trên với việc dùng từ khoá #define để định nghĩa thì chúng hoàn toàn tương đương (chỉ khác nhau về thứ tự các chữ float và real). Tuy nhiên, cách viết này là một sự thay thế thế tên "đúng nghĩa" chứ không phải là một macro đơn thuần. Trở lại thí dụ:
  typedef char* string;
Câu lệnh trên cho phép đặt tên string như là một kiểu mới (mà nội dung của nó là kiểu con trỏ char). Bây giờ hãy xét đến câu lệnh khai báo biến:
  string name, job;
Trường hợp này sẽ được trình dịch diễn dịch đúng theo mong muốn thành:
  char *name, *job;

Dùng cho struct

Một thí dụ khác liên quan đến việc đặt tên cho struct là việc kết hợp cả hai khai báo và đặt tên lại trong cùng một câu lệnh:
1   typedef struct2   { 
3     char * name;4     int * age;5   } person;
Như vậy khi khai báo biến chỉ cần viết là:
  person Trung;

Ứng dụng

Một ứng dụng đáng lưu ý của typedef là việc làm cho mã C trở nên linh hoạt hơn trong nhiều môi trường khác nhau. Thí dụ: khi muốn xác định dùng đúng 4 byte cho một kiểu nguyên nhưng trên một số hệ máy thì nó ứng với kiểu int, trong khi trên một số hệ máy khác nó lại ứng với kiểu long int. Để giải quyết việc dùng chính xác 4 byte cho kiểu nguyên mà người lập trình muốn, thì có thể dùng giải pháp là: thêm vào một tập tin bao gồm trong đó có chứa định nghĩa:
  typedef int FOURBYTE; //dùng cho các máy lấy int là 4 byte
hay định nghĩa:
  typedef long int FOURBYTE; //dùng cho các máy lấy long int là 4 byte
và chỉ cần thêm vào trong mã nguồn câu lệnh #include <Tên_tập_tin_bao_gồm> như vậy chỉ cần thay nội dung của tập tin bao gồm thì toàn bộ mã vẫn hoạt động đúng.

Kiểu enum

Kiểu enum là một kiểu dữ liệu đặc biệt được dùng để định nghĩa một quan hệ thứ tự cho một tập họp hữu hạn các tên. (Trong thực tế thì enum có kiểu là int Theo trang 553 trong cuốn "New C Primer Plus"—xem thêm phần tham khảo):
enum Wiki {Arisa, Bluesman, VietBio, Trung, Quang, Minh};
Để khai báo biến member có kiểu enum dùng câu lệnh:
enum member;
Các giá trị (hiểu ngầm) của cáo ký hiệu Arisa, Bluesman, VietBio, Trung, Quang, Minh theo mặc định sẽ tương ứng với 0, 1, 2, 3, 4, 5. các cách viết câu lệnh sau đây là có hiệu lực:
1 member = Minh;2 if(member == VietBio)3 { 
4   //do_some_commands 5 }6 for(member = Arisa; member <= Trung; member++)7 {8   //do_some_commands9 }
Như vậy, theo mặc đinh. các tên của một enum được xem là các hằng số từ 0 tăng dần cho đến phần tử cuối cùng trong đó.
Tuy nhiên, C không loại trừ khả năng đặt lại giá trị của một phần tử trong enum theo cách riêng:
enum reordert = {duck, cat = 10, mouse = 50, elephant = 1000, lion, virus};
Trong ví dụ trên thì duck có giá trị tương ứng là 0, cat là 10,..., elephant là 1000, còn lion sẽ tương ứng là 1001 và virus là 1002.
Một trong những ứng dụng chính của kiểu này là để tăng cường khả năng đọc mã được dễ hiểu hay phù hơn với con người.

Lưu ý về biến được khai báo static

Các biến có được xác định bởi định tính static đặt trước tên kiểu biến khi khai báo sẽ cho biến đó một tính năng đặc biệt, đó là, giá trị của nó sẽ được lưu giữ không bị mất đi mặc dù khối mã chứa nó đã được xử lý xong. Trường hợp. Đặc biệt nếu một biến được khai báo có định tính static trong một hàm và được cài đặt giá trị nào đó thì sau khi hàm đó được gọi, giá trị của biến static đó vẫn còn giữ nguyên giữa mỗi lần gọi (cho tới khi nó được gán giá trị khác trong lần gọi tới của hàm). Thi dụ sau đây khai báo biến my_static có định tính static trong một hàm:
 1 #include<stdio.h> 2 int static_func(int init) 3 { 4     static int my_static_var; 5     my_static_var += init; 6     return my_static_var; 7 } 8  9 int main(void)10 {11    printf("call the 1st time (init=0), my_static_var = %d\n", static_func(0));12    printf("call the 2nd time (init=1), my_static_var = %d\n", static_func(1));13    printf("call the 3rd time (init=2), my_static_var = %d\n", static_func(2));14 }
sau khi dịch và chạy mã này sẽ cho kết quả:
call the 1st time (init=0), my_static_var = 0   //0 +0 =0call the 2nd time (init=1), my_static_var = 1   //0 +1 =1call the 3rd time (init=2), my_static_var = 3   //1 +2 =3
Lưu ý: Mọi biến toàn cục đều có định tính static một cách tự động.