【10-21】设计原则

news2024/12/23 11:08:44

目录

一.开闭原则

二.里氏代换原则

三.依赖倒转原则

四.接口隔离原则

五.迪米特法则

六.合成复用原则

前言：

在软件开发中，为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可拓展性和灵活性，程序员要尽量根据6条原则来开发程序，从而提高软件开发效率、节约软件开发成本和维护成本。

一.开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行扩展的时候，不能取修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了是程序的扩展性好，易于维护和升级。

想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。

因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保证软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

下面以搜狗输入法的皮肤为例介绍开闭原则的应用。

【例】搜狗输入法的皮肤设计

分析：搜狗输入法的皮肤时输入法背景图，窗口颜色和声音等元素组成。用户可以根据自己的喜好更换自己的输入法皮肤，也可以从网上下载新皮肤。这些皮肤有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（AbstracrSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpeacificaSkin 和 HeimaSpecificSkin）是其子类。用户窗口可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原有的代码，所以它是曼珠封闭开放原则的。

AbstractSkin类

package demo1;

public abstract class AbstractSkin {

    // 显示的方法
    public abstract void display();
}

SougouInput类

package demo1;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建搜狗输入法对象
        SougouInput input=new SougouInput();
        // 创建皮肤对象
        DefaultSkin skin=new DefaultSkin();
        // 将皮肤设置到输入法中
        input.setSkin(skin);
        // 显示皮肤
        input.display();
    }
}

DefaultSkin类

package demo1;

public class DefaultSkin extends AbstractSkin {

    public void display(){
        System.out.println("默认皮肤");
    }
}

HeimaSkin类

package demo1;

import java.util.stream.StreamSupport;

public class HeimaSkin extends AbstractSkin{

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("黑马皮肤");
    }
}

测试用的Client类

package demo1;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建搜狗输入法对象
        SougouInput input=new SougouInput();
        // 创建皮肤对象
        DefaultSkin skin=new DefaultSkin();
        // 将皮肤设置到输入法中
        input.setSkin(skin);
        // 显示皮肤
        input.display();
    }
}

上面是做法是符合开闭原则的，当要创建一个新的皮肤的时候，只需要再写一个新皮肤的类，就是可以实现扩展而尽量步修改原代码。

二.里氏代换原则

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

下面看一个里氏替换原则中经典的一个例子

【例】正方形不是长方形

在数学领域里，正方形毫无疑问时长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。

Rectangle类

package demo2;

public class Rectangle {

    private double length;
    private double width;

    public double getLength() {
        return length;
    }

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public double getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}

Square类 

package demo2;

public class Square extends Rectangle{

    @Override
    public void setLength(double length) {
        super.setLength(length);
        super.setWidth(length);
    }

    @Override
    public void setWidth(double width) {
        super.setWidth(width);
        super.setLength(width);
    }

}

RectangleDemo类 

package demo2;

import java.security.spec.RSAOtherPrimeInfo;

public class RectangleDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //创建长方形对象
        Rectangle r=new Rectangle();
        //设置长和宽
        r.setLength(20);
        r.setWidth(10);
        //调用resize方法进行扩宽
        resize(r);
        printRectangle(r);

        System.out.println("===================");
        //创建正方形对象
        Square s=new Square();
        //设置长和宽
        s.setLength(10);
        //调用resize方法进行扩宽
        resize(s);
        System.out.println(s);
    }

    //扩宽方法
    public static void resize(Rectangle rectangle){
        //判断宽如果比长小，进行扩宽的操作
        while(rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()){
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth()+1);
        }
    }
    //打印长和宽
    public static void printRectangle(Rectangle rectangle){
        System.out.println(rectangle.getLength());
        System.out.println(rectangle.getWidth());
    }

}

运行一下这段代码就会发现，假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度，代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；假如我们再把一个正方行作为参数传入resize方法后，就会看到正方行的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。

我们得出结论：在resize方法中，Rectangke类型的参数是不能被Square类型的参数所替代，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏替换原则，他们之间的关系不成立，正方行不是长方形。

如果进行改进呢？此时我们需要重新设计他们之间的关系。抽象除一个四边形接口Quadrilateral，让Rectangle类和Square类实现Quadrilateral接口。

 Quadrilateral类

package demo2.after;

public interface Quadrilateral {

    //获取长
    double getLength();
    //获取宽
    double getWidth();

}

Rectangle类

package demo2.after;

public class Rectangle implements Quadrilateral{

    private double length;
    private double width;

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }

    public double getLength() {
        return length;
    }

    public double getWidth() {
        return width;
    }

}

Square类

package demo2.after;

public class Square implements Quadrilateral {

    private double side;

    public double getSide(){
        return side;
    }

    public void setSide(double side){
        this.side = side;
    }

    public double getLength(){
        return side;
    }

    public double getWidth(){
        return side;
    }

}

RectangleDemo类

package demo2.after;

import org.w3c.dom.css.Rect;

public class RectangleDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Rectangle r=new Rectangle();
        r.setLength(20);
        r.setWidth(10);
        resize(r);
        printLengthAndWidth(r);
    }

    //扩宽的方法
    public static void resize(Rectangle rectangle){
        while(rectangle.getWidth()<=rectangle.getLength()){
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth()+1);
        }
    }

    //打印长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Quadrilateral quadrilateral){
        System.out.println(quadrilateral.getLength());
        System.out.println(quadrilateral.getWidth());
    }

}

三.依赖倒转原则

高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。简单来说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块的耦合。

【例】组装电脑

现在要组装一台电脑，需要配件cpu、硬盘、内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常运行。选择cpu有很多选择，如Intel、AMD等，硬盘可以选择希捷、西数等，内存条可以选择金士顿、海盗船等。

类图如下：

IntelCpu类

package demo3.before;

public class IntelCpu {

    public void run(){
        System.out.println("Intel CPU");
    }

}

KingstonMemory类

package demo3.before;

public class KingstonMemory {

    public void save(){
        System.out.println("使用金士顿内存条");
    }
}

 XiJieHardDisk类

package demo3.before;

public class XiJieHardDisk {

    //存储数据的方法
    public void save(String date){
        System.out.println("使用希捷硬盘存储数据为："+date);
    }

    //获取数据的方法
    public String get(){
        System.out.println("使用希捷硬盘获取数据");
        return "数据";
    }
}

Computer类

package demo3.before;

public class Computer {
    private XiJieHardDisk hardDisk;
    private IntelCpu cpu;
    private KingstonMemory memory;

    public XiJieHardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public IntelCpu getCpu() {
        return cpu;
    }

    public void setCpu(IntelCpu cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public KingstonMemory getMemory() {
        return memory;
    }

    public void setMemory(KingstonMemory memory) {
        this.memory = memory;
    }

    public void run(){
        System.out.println("运行计算机");
        String date=hardDisk.get();
        System.out.println("从硬盘上获取的数据是"+date);
        cpu.run();
        memory.save();
    }

}

用于测试的ComputerDemo

package demo3.before;

public class ComputerDemo {

    public static void main(String[] args) {

        //创建组件对象
        XiJieHardDisk hardDisk=new XiJieHardDisk();
        IntelCpu cpu=new IntelCpu();
        KingstonMemory memory=new KingstonMemory();

        //创建计算机对象
        Computer c=new Computer();
        c.setCpu(cpu);
        c.setMemory(memory);
        c.setHardDisk(hardDisk);

        //运行计算机
        c.run();
    }
}

上面代码可以看到已经组装好了一台电脑，但是似乎组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对于用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件。

代码我们只需要修改Computer类。让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖各个组件具体的实现类。

类图如下：

Cpu接口

package demo3.after;

public interface Cpu {
    //运行CPU
    public void run();
}

HardDisk接口

package demo3.after;

public interface HardDisk {

    //存储数据
    public void save(String date);

    //获取数据的方法
    public String get();

}

Memory接口

package demo3.after;

public interface Memory {

    public void save();

}

IntelCpu实现类

package demo3.after;

public class IntelCpu implements Cpu {

    public void run(){
        System.out.println("Intel CPU");
    }

}

XiJieHardDisk实现类

package demo3.after;

public class XiJieHardDisk implements HardDisk {

    //存储数据的方法
    public void save(String date){
        System.out.println("使用希捷硬盘存储数据为："+date);
    }

    //获取数据的方法
    public String get(){
        System.out.println("使用希捷硬盘获取数据");
        return "数据";
    }
}

KingstonMemory实现类

package demo3.after;

public class KingstonMemory implements Memory {

    public void save(){
        System.out.println("使用金士顿内存条");
    }
}

Computer类

package demo3.after;

public class Computer {

    private HardDisk hardDisk;
    private Cpu cpu;
    private Memory memory;

   public HardDisk getHardDisk() {
       return hardDisk;
   }

   public void setHardDisk(HardDisk hardDisk) {
       this.hardDisk = hardDisk;
   }

   public Cpu getCpu() {
       return cpu;
   }

   public void setCpu(Cpu cpu) {
       this.cpu = cpu;
   }

   public Memory getMemory() {
       return memory;
   }

   public void setMemory(Memory memory) {
       this.memory = memory;
   }

   //运行计算机
   public void run(){
       System.out.println("运行计算机");
       String date=hardDisk.get();
       System.out.println("从硬盘上获取的数据是"+date);
       cpu.run();
       memory.save();
   }

}

ComputerDemo类

package demo3.after;

public class ComputerDemo {
    public static void main(String[] args) {

        //创建计算机组件对象
        HardDisk hardDisk=new XiJieHardDisk();
        Cpu cpu=new IntelCpu();
        Memory memory=new KingstonMemory();

        //创建计算机对象
        Computer c=new Computer();
        //组装计算机
        c.setCpu(cpu);
        c.setMemory(memory);
        c.setHardDisk(hardDisk);
        //运行计算机
        c.run();

    }
}

四.接口隔离原则

客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

下面看一个例子来理解接口隔离原则

【例】安全门案例

我们需要创建一个黑马品牌的安全门，该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火、防水、防盗功能提取成一个接口，形成一套规范。类图如下：

SafetyDoor接口

package demo4.before;

public interface SafetyDoor {

    //防盗功能
    void antiTheft();

    //防火功能
    void fireProof();

    //防水功能
    void waterProof();
}

HeimaSafetyDoor类

package demo4.before;

public class HeimaSafetyDoor implements SafetyDoor {

    @Override
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    @Override
    public void fireProof() {
        System.out.println("防火");
    }

    @Override
    public void waterProof() {
        System.out.println("防水");
    }
}

Client测试类 

package demo4.before;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {

        HeimaSafetyDoor door=new HeimaSafetyDoor();
        door.antiTheft();
        door.fireProof();
        door.waterProof();

    }
}

上面的设计我们发现了它存在的问题，黑马品牌的安全门具有防盗、防水、防火的功能。现在如果我们还需要再创建一个传智品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？很显然如果实现SafetyDoor接口就违背了接口隔离原则，那么我们如何进行修改呢？

AntiTheft接口

package demo4.after;

public interface AntiTheft {
    void antiTheft();
}

Fireproof接口

package demo4.after;

public interface Fireproof {
    void fireproof();
}

Waterproof接口

package demo4.after;

public interface Waterproof {
    void waterproof();
}

HeimaSafetyDoor类

package demo4.after;

public class HeimaSafetyDoor implements AntiTheft, Fireproof, Waterproof{
    @Override
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    public void fireproof(){
        System.out.println("防火");
    }

    public void waterproof(){
        System.out.println("防水");
    }
}

ItcastSafetyDoor类

package demo4.after;

import demo4.before.SafetyDoor;

public class ItcastSafetyDoor implements AntiTheft, Fireproof {

    public void antiTheft(){
        System.out.println("防盗");
    }
    public void fireproof(){
        System.out.println("防火");
    }
}

五.迪米特法则

迪米特法则又叫最少知识原则

只和你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话

其含义是：如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

下面看一个例子来理解接口也隔离原则

【例】明星与经纪人的关系实例

明星由于全身投入艺术，所以日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽谈等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。

类图如下：

Star类

package demo5;

public class Star {
    private String name;
    public Star(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
}

Fans类

package demo5;

public class Fans {

    private String name;
    public Fans(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
}

Computer类

package demo5;

public class Company {
    private String name;
    public Company(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
}

Agent类

package demo5;

public class Agent {
    private Star star;
    private Fans fans;
    private Company company;

    public void setStar(Star star) {
        this.star = star;
    }
    public void setFans(Fans fans) {
        this.fans = fans;
    }
    public void setCompany(Company company) {
        this.company = company;
    }

    //和粉丝见面的方法
    public void meeting(){
        System.out.println(star.getName()+"和粉丝"+fans.getName()+"见面");
    }

    //和媒体公司洽谈的方法
    public void business(){
        System.out.println(star.getName()+"和"+company.getName()+"洽谈");
    }


}

六.合成复用原则

合成复用原则是指：尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

通常类的复用分为继承复用和合成复用。

继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也卒年在以下缺点：

  1. 继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类是实现希捷暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这中复用又称为“白箱”复用。
  2. 子类复用与父类耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，不利于子类的扩展与维护。
  3. 它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下的优点：

  1. 它维持了类的封装性。因为成分对象的内部实现细节时新对象下看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”模型。
  2. 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
  3. 复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

下面看一个例子来理解合成复用原则

【例】汽车分类管理程序

汽车按“动力源”划分可以分为汽油汽车、电动汽车等；按“颜色”划分可分为白色、黑色和红色等。如果同时考虑这两种分类，其组合就很多，类图如下；

从上面的图可以看到使用继承复用产生了很多子类，如果现在又有新的动力源或者新颜色的话，就需要重新定义新的类。我们试着将继承复用改为聚合复用看一下。

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作者 | 魏启扬 来源 | 洞见新研社 资本市场对自动驾驶的投资热情依然不减。 不久前&#xff0c;科技巨头Alphabet重申了对自动驾驶未来的承诺&#xff0c;并表示将向其自动驾驶子公司Waymo投资50亿美元&#xff0c;分多年进行。 更早一点的5月份&#xff0c;孙正义旗下的…
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如何使用 JavaScript 动态创建下拉框？

如何使用 JavaScript 动态创建下拉框？

在现代 Web 开发中&#xff0c;动态生成页面元素是一个常见的需求&#xff0c;比如在用户选择某个选项后&#xff0c;根据选择的内容动态生成新的下拉框。今天&#xff0c;我们来聊一聊如何使用 JavaScript 动态创建一个带选项的下拉框&#xff0c;并用一个具体的场景带大家进入…
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第十九讲 python中的异常本质-异常定位-异常解决思路

第十九讲 python中的异常本质-异常定位-异常解决思路

目录 1.异常是什么&#xff1f; 2.异常机制的本质 2.1 本质 2.2 异常对象 2.3 抛出异常 2.4 捕捉异常 2.5 最终处理 3.异常的解决思路 3.1 异常定位 3.2 异常解决 1.异常是什么&#xff1f; 异常是指程序在运行时发生的错误或不正常情况。 工作中&#xff0c;程序遇到的情况不…
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数据结构中的双向链表

数据结构中的双向链表

1.链表的分类 链表的结构非常多样&#xff0c;以下情况组合起来就是8种&#xff08;2x2x2&#xff09;链表结构&#xff1a; 在带头链表中&#xff0c;除了头结点&#xff0c;其他结点均存储有效的数据。 头结点是占位子的&#xff0c;也叫做“哨兵位”。head结点就是头结点。…
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【实战场景】如何优雅实现分页

【实战场景】如何优雅实现分页

【实战场景】如何优雅实现分页 开篇词&#xff1a;干货篇&#xff1a;1.添加PageHelper依赖2.添加PageHelper配置3.使用 PageHelper4.自定义Pageable注解 总结&#xff1a;1.执行查询2.处理分页结果3.注意事项 我是杰叔叔&#xff0c;一名沪漂的码农&#xff0c;下期再会&#…
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代码随想录算法训练营day49 | 42. 接雨水、84.柱状图中最大的矩形

代码随想录算法训练营day49 | 42. 接雨水、84.柱状图中最大的矩形

碎碎念&#xff1a; 参考&#xff1a;代码随想录 42. 接雨水 题目链接 42. 接雨水 思想 如图可以按照列来计算&#xff0c;这样宽度一定是1&#xff0c;只需要计算每一列的雨水的高度接口。而每一列的雨水高度取决于该列左侧最高的主子和右侧最高柱子中最矮的那个柱子的高度…
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如何使用Java SpringBoot+Vue搭建半成品配菜平台，实现家庭烹饪新体验

如何使用Java SpringBoot+Vue搭建半成品配菜平台，实现家庭烹饪新体验

✍✍计算机毕业编程指导师 ⭐⭐个人介绍&#xff1a;自己非常喜欢研究技术问题&#xff01;专业做Java、Python、微信小程序、安卓、大数据、爬虫、Golang、大屏等实战项目。 ⛽⛽实战项目&#xff1a;有源码或者技术上的问题欢迎在评论区一起讨论交流&#xff01; ⚡⚡ Java、…
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用Python编写一个超级玛丽游戏|附源码

用Python编写一个超级玛丽游戏|附源码

​ 编写一个超级玛丽游戏是一个复杂的任务&#xff0c;涉及到多个方面的编程知识和技巧。下面&#xff0c;我将详细讲解如何用Python编写一个简化版的超级玛丽游戏&#xff0c;包括所需的库、游戏逻辑、角色控制、关卡设计、碰撞检测等方面。 所需库 为了编写这个游戏&#…
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猫咪去浮毛能一劳永逸吗？手动不行宠物空气净化器是真能做到

猫咪去浮毛能一劳永逸吗？手动不行宠物空气净化器是真能做到

现在啊&#xff0c;越来越多的家庭选择养宠物来增添生活乐趣。但宠物带来的快乐背后&#xff0c;也有那么点“小困扰”&#xff1a;下班回家&#xff0c;迎接你的可能是满屋子的“特殊香味”和无处不在的毛发。这样的环境&#xff0c;真的不会对我们的健康产生不良影响吗&#…
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照片整理专家，照片整理大师，照片图库整理，智能图片整理软件

照片整理专家，照片整理大师，照片图库整理，智能图片整理软件

前言 业务痛点&#xff1a; 就是我从2015年拥有自己的智能手机之后&#xff0c;就会刻意的对自己拍过的照片、视频&#xff0c;收藏的视频等&#xff0c;媒体元素&#xff0c;进行收集归纳&#xff0c;尝试过很多的存储方案&#xff0c;归纳整理方案 2015年 百度网盘 2016年 时…
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电子厂车间的客流统计需要集成哪些硬件设备

电子厂车间的客流统计需要集成哪些硬件设备

在电子厂车间中&#xff0c;准确的客流统计对于生产管理和安全保障至关重要。要实现有效的客流统计&#xff0c;需要集成一系列硬件设备。 首先&#xff0c;客流统计系统主要由以下硬件组成。一是人数采集设备&#xff0c;通常采用红外传感器、双目摄像头等&#xff0c;安装在车…
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【时时三省】(C语言基础)数据的额存储

【时时三省】(C语言基础)数据的额存储

山不在高&#xff0c;有仙则名。水不在深&#xff0c;有龙则灵。 ----CSDN 时时三省 例题1: i>0恒成立 会进入死循环 因为unsigned是无符号数 所以不可能会有负数 就会进入死循环 注意:i打印的时候如果它上面类型是无符号数 但是打印是%d 它会打印有符号数 例题:2 这个循…
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