數(shù)據(jù)類型

C語言中存在著數(shù)據(jù)類型，我們或多或少都見到過。

char //字符數(shù)據(jù)類型 - 1個字節(jié)

short //短整型 - 2個字節(jié)

int //整形 - 4個字節(jié)

long //長整型 - 4/8個字節(jié)

long long //更長的整形 - 8個字節(jié)

float //單精度浮點(diǎn)數(shù) - 4個字節(jié)

double //雙精度浮點(diǎn)數(shù) - 8個字節(jié)

小思考：C語言有沒有字符串類型？

C語言有字符串，表示為"字符串內(nèi)容"的形式，但不存在字符串類型。

類型存在的意義是什么？

• 使用這個類型開辟內(nèi)存空間的大小(大小決定使用范圍)。
• 如何看待內(nèi)存空間的視角(例如指針解引用和指針運(yùn)算)。

類型的分類

整形

char
    unsigned char
    signed char
//雖然是字符類型，但是字符類型存儲的時候，存儲的字符的ascii碼值，ascii碼值是整數(shù)
short
    unsigned short [int]
    signed short [int]
int
    unsigned int
    signed int
long
    unsigned long [int]
    signed long [int]

unsigned 和 signed

• unsigned：無符號，只有正數(shù)的數(shù)據(jù)可以存放在無符號的變量中。
• signed：有符號，有正負(fù)的數(shù)據(jù)可以存放在有符號的變量中。

Tips：

對于short，int，long，long long數(shù)據(jù)在進(jìn)行定義時，默認(rèn)都為signed。而對于char類型則不確定，C語言標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定char是否有符號，取決于編譯器，所以char實(shí)際上可以歸為3類，char(不確定)，signed char(有符號)，unsigned char(無符號)。在vs2022中，char默認(rèn)為signed char。

浮點(diǎn)型

float//單精度浮點(diǎn)數(shù) - 4個字節(jié)
double//雙精度浮點(diǎn)數(shù) - 8個字節(jié)

構(gòu)造類型

//例：int arr[10]
數(shù)組類型 int [10]
//數(shù)組只要個數(shù)和元素類型發(fā)生變化，類型都會發(fā)生變化
結(jié)構(gòu)體類型 struct
枚舉類型 enum
聯(lián)合類型 union

指針類型

int *pi;//整形指針
char *pc;//字符指針
float* pf;//單精度浮點(diǎn)數(shù)指針
void* pv;//空類型指針

空類型

void 表示空類型（無類型）

通常應(yīng)用于函數(shù)的返回類型、函數(shù)的參數(shù)、指針類型。

例：

void test1()//無返回值
{}
void test2(void)//函數(shù)接收參數(shù)，參數(shù)部分加void
{}
int main()
{
	void* p = NULL;
	//void*可以存放任何類型的指針
	int a = 10;
	void* p1 = &a;//沒問題
	p1++;//err，不知道類型，無法決定跳過幾個字節(jié)
	*p1;//err，不知道類型，無法決定解引用的權(quán)限
	//一般用來臨時存放地址，用的時候拿走或者強(qiáng)轉(zhuǎn)使用
	return 0;
}

整形在內(nèi)存中的存儲

一個整形變量的創(chuàng)建需要再內(nèi)存中開辟四個字節(jié)，那整形在內(nèi)存中是如何存儲的？

比如：

int a = 10;

int b = -10;

在了解整形在內(nèi)存中如何存儲之前我們需要了解以下概念：

原碼、反碼、補(bǔ)碼

計(jì)算機(jī)中的整數(shù)有三種2進(jìn)制表示方法，即原碼、反碼、補(bǔ)碼。

三種表示方法均有符號位和數(shù)值位兩部分，二進(jìn)制序列的第一位為符號位，其他均為數(shù)值位，符號位數(shù)值位均由0，1組成。

原碼：

直接將數(shù)值按照正負(fù)的形式翻譯成二進(jìn)制就可以。

反碼：

原碼的符號位不便，其他位依次按位取反就可以得到。

補(bǔ)碼：

反碼 + 1得到補(bǔ)碼。

注意：

• 正整數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼都相同。
• 負(fù)整數(shù)的三種表示方式各不相同，需要通過計(jì)算得到。

樣例：

int a = 10;//整形值
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 a的原、反、補(bǔ)
//轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制：0X0000000a
int b = -10;//整形值
//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 b的原碼
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101 b的反碼
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 b的補(bǔ)碼
//轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制：0Xfffffff6

那么對于整形而言，在內(nèi)存中存儲的是什么呢？

讓我們啟動調(diào)試，查看內(nèi)存:

我們可以看到對于a和b分別存儲的是補(bǔ)碼，這是為什么？

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補(bǔ)碼來表示和存儲。原因在于，使用補(bǔ)碼，可以將符號位和數(shù)值域統(tǒng)一處理；

同時，加法和減法也可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器）此外，補(bǔ)碼與原碼相互轉(zhuǎn)換，其運(yùn)算過程是相同的，不需要額外的硬件電路。

舉個簡單的例子，例如計(jì)算機(jī)在計(jì)算a - b的時候，會轉(zhuǎn)化成a + (-b)的形式進(jìn)行計(jì)算，而這時使用原碼來進(jìn)行計(jì)算，是無法計(jì)算出結(jié)果的，但使用補(bǔ)碼就可以計(jì)算出結(jié)果。

但是對于數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲的方式很奇怪，它是倒著存儲的，這是為什么？讓我們了解一下大小端。

大小端介紹

什么是大端小端：

大端字節(jié)序存儲：把一個數(shù)據(jù)低位字節(jié)處的數(shù)據(jù)存放在高地址處，把高位字節(jié)處的數(shù)據(jù)放在低地址處

小端字節(jié)序存儲：把一個數(shù)據(jù)低位字節(jié)處的數(shù)據(jù)存放在低地址處，把高位字節(jié)處的數(shù)據(jù)放在高地址處。

例如：

0x11223344

為什么會有大端和小端：

為什么會有大小端模式之分呢？這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們是以字節(jié)為單位的，每個地址單元都對應(yīng)著一個字節(jié)，一個字節(jié)為8 bit。但是在C語言中除了8 bit的char之外，還有16 bit的short型，32 bit的long型（要看具體的編譯器），另外，對于位數(shù)大于8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由于寄存器寬度大于一個字節(jié)，那么必然存在著一個如何將多個字節(jié)安排的問題。因此就導(dǎo)致了大端存儲模式和小端存儲模式。

例如：一個16bit 的short 型x ，在內(nèi)存中的地址為0x0010 ， x 的值為0x1122 ，那么0x11 為高字節(jié)， 0x22 為低字節(jié)。對于大端模式，就將0x11 放在低地址中，即0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即0x0011 中。小端模式，剛好相反。我們常用的X86 結(jié)構(gòu)是小端模式，而KEIL C51 則為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來選擇是大端模式還是小端模式。

其實(shí)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中無論是大小端存儲或者亂序存儲都可以，大小端字節(jié)序存儲也是為了讓存儲方式變得更簡單，如果亂序存儲的話在還原數(shù)據(jù)時會更加復(fù)雜。

注：大小端存儲時以字節(jié)為單元，16進(jìn)制的兩位為一個字節(jié)，為一個單元，按照大小端存儲規(guī)律存儲，并不會將16進(jìn)制的每一位都倒過來存儲。例如0x123456按照小端存儲就為56 34 12 00，而不是65 43 21 00。

所以說大小端字節(jié)序存儲，就是以字節(jié)為單位的存儲順序。

一道筆試題

請簡述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設(shè)計(jì)一個小程序來判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序。

思路：數(shù)據(jù)在內(nèi)存中是通過補(bǔ)碼的形式儲存的，判斷大端還是小端，例如數(shù)字1，我們只需要觀察它的第一個字節(jié)為0或1，就可以判斷字節(jié)序。而數(shù)據(jù)類型決定了指針解引用時看待內(nèi)存的視角，所以我們可以用char*指針來對元素第一個字節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行解引用。

int check_sys()
{
	int a = 1;
	//二進(jìn)制：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
	//十六進(jìn)制：0x00000001
	char* p = (char*)&a;//char*指針解引用為一個字節(jié)
	if (*p == 1)
		return 1;
	else
		return 0;
}
//簡化
//int check_sys()
//{
//	int a = 1;
//	return *(char*)&a;//1的大端或小端存儲，第一位為00或者01，取出的值正好和main函數(shù)中接收的值相同，直接返回
//}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret = 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
}

char類型數(shù)據(jù)的取值范圍

char在內(nèi)存中存儲的是字符的Ascii碼值，所以也歸于整形。但是它的取值范圍和整形不同。

char類型變量的大小為1個byte，也就是8個bit位，對于char類型，我們分signed和unsigned兩塊進(jìn)行講解。

signed：

signed為有符號字符類型，二進(jìn)制序列的第一位為符號位，其他位為數(shù)據(jù)位，取值范圍為-128 ~ 127.

unsigned：

unsigned為無符號字符類型，二進(jìn)制序列全為數(shù)據(jù)位，取值范圍為0 ~ 255.

圖例：

練習(xí)

練習(xí)1

下列程序的輸出結(jié)果是什么？

int main()
{
	char a = -1;
	//整形提升
    //1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
    //截?cái)啵?111 1111
    //整形提升
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - 補(bǔ)碼
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 - 原碼
    //-1
	signed char b = -1;
	//求解過程和a相同
	unsigned char c = -1;
	//截?cái)啵?111 1111
    //無符號字符，整形提升，高位補(bǔ)0
    //0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 - 補(bǔ)碼==原碼
    //截?cái)啵?111 1111
	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//-1,-1,255
	//當(dāng)打印a,b,c時，要整形提升
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

練習(xí) 2

下列程序的輸出結(jié)果是什么？

int main()
{
	char a = -128;
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1111
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000
	//截?cái)啵?000 0000
	//%u - 指的是打印無符號整數(shù)
	//整形提升
    //有符號字符，補(bǔ)符號位
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 - 要打印原碼，而這是無符號數(shù)，所以這個就是原碼
	printf("%u\n", a);//4294967168
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

練習(xí) 3

下列程序的輸出結(jié)果是什么？

int main()
{
	char a = 128;
	//0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1111
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000
	//截?cái)?000 0000
	//整形提升
    //有符號字符，補(bǔ)符號位
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 - 原碼
	printf("%u\n", a);//?
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

練習(xí) 4

下列程序的輸出結(jié)果是什么？

int main()
{
	int i = -20;
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100 - 原碼
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1011 - 反碼
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1100 - 補(bǔ)碼
	unsigned int j = 10;
	//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 - 補(bǔ)碼
	printf("%d\n", i + j);//-10
	//i + j
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 - 補(bǔ)碼
    //打印有符號整形，轉(zhuǎn)化成原碼
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 - 原碼
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

練習(xí) 5

下列程序的輸出結(jié)果是什么？

int main()
{
	unsigned int i;//恒大于0
	for (i = 9; i >= 0; i--)//死循環(huán)
	{
		printf("%u\n", i);
        //9 ~ 0 ~ 超大的值：-1的補(bǔ)碼組成的循環(huán)
		//-1的補(bǔ)碼：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
        //放到無符號整數(shù)中，將-1的補(bǔ)碼直接當(dāng)做原碼輸出
        //得到超大的值
        Sleep(1000);//程序停止一秒
	}
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

練習(xí) 6

下列程序的輸出結(jié)果是什么？

int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
        //char取值范圍-128 ~ 127
        //當(dāng)a[i]的值小于-128時，會轉(zhuǎn)化成127并大于0的值，當(dāng)a[i]=0時，
        //'\0'的ascii碼值為0，當(dāng)strlen進(jìn)行計(jì)算時，計(jì)算第一個'\0'前的字符個數(shù)
		//數(shù)組中元素：-1 , -2 , ... ,-128 , 127, ..., 1, 0...
	}
	printf("%d", strlen(a));
	//求'\0'前字符的個數(shù)
    //'\0'的ascii碼值為0
}

圖解：

運(yùn)行結(jié)果：

練習(xí) 7

下列程序的輸出結(jié)果是什么？

unsigned char i = 0;//0 ~ 255
int main()
{
    int i = 0;
    //0 ~ 255為區(qū)間，循環(huán)進(jìn)行這個區(qū)間，打印hello world
	for (i = 0; i <= 255; i++)//死循環(huán)
	{
		printf("hello worrld\n");
	}
}

運(yùn)行結(jié)果：

到此這篇關(guān)于C語言深入分析整形數(shù)據(jù)存儲的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言數(shù)據(jù)存儲內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！