《C语言学习：数据类型》8

写在前面：本笔记为个人学习各平台C语言系列课程所作，仅供交流学习，不得作他用。

1. 背景知识

C语言的变量在使用前需要先定义，确定其类型。C语言的发展有两个方向：

总体而言：早期的C语言面向底层，强调类型。面向应用的C语言会较为忽视类型。

2. 基本类型

整数long long，浮点long double和逻辑bool是C99的类型。一般可以把逻辑并入整数类型中。

整数在计算机内部是二进制，自然数是二进制（补码），浮点数是编码类型。因此计算机内部可以直接对整数和自然数进行运算，但是无法直接对浮点数进行运算。

sizeof：运算符，给出某个类型或者变量在内存中占据的字节数，输出结果为ld类型。eg：sizeof(int)和sizeof(i)。

3. 整数类型

（1）数据内存

1字节=8bit，int类型1个字=4字节=32bit，表示范围[-2^32,2^32-1]。

CPU和RAM之间靠总线连接，CPU里有32位的寄存器，则存储、处理和传输数据时都是32位的。现在更常见的是64位。int是最基础的衡量单位，通常是一个字（寄存器大小），32位计算机的int类型字长是32bit，64位计算机的int类型字长是64bit。

（2）内部表达：二进制

int类型表示了一个寄存器，比int小的是一些位，比int大的为几个寄存器连接。

一个字节为8bit，可以表示[0-255]的无符号数。

将最高位赋予符号意义，1表示负数、0表示正数。补码和反码解决了计算机内部二进制计算需要另外符号的困境，使计算简化。

补码：计算机中100000000-原码=补码。补码的存在就是为了加上原码使和为1+8位0，在计算机中会默认丢掉最高位1，即剩下0。从计算层面，补码=反码+1。

反码：原码每个0\1反过来。

有符号数表示的范围如下：

中间为0，负数边有2^n的一半，正数边有2^n的一半-1（因为中间有0，不能完全对半分）。

（3）整数越界

符号数加减就按照这个来看。顺时针：做减法。逆时针：做加法。

这种情况一般出现在令一个字符为数字的情况下：char c=-128。c-1=127。

如果是无符号数：unsigned char c=255。c+1=0。（上面圆环-1换成255）

（4）整数格式化

整数有很多种格式，但在输入输出时只有两种。小于int的char和short都与int同方式输出（%d），比int大的与long long同方式输出。

以0开头的数字字面量是八进制，以0x开头的数字字面量是十六进制。

char c=012; int i=0x12; printf("%d %d",c,i); printf("%o %x",c,i);

输出%d表示希望输出十进制，八进制下的012转换为十进制是10，十六进制下的0x12转换为十进制是18，第一行输出10和18。第二行%o和%x就是指输出八进制和十六进制，所以输出12和12。

各种进制都只是一种表示方式，把计算机内部同一个数字表示为不同的字符串。

（5）类型选择

整数类型有这么多种，是因为早期计算机为了准确表达内存和寄存器，做底层程序的必要。

没有特殊需要，就选择int。当前计算机多为32位或64位，一次读写运算基本就是一个int。选比int短的类型可能更慢。同时现代编译器会设计内存对齐，更短的整数类型有可能也占据了一个int内存。

4. 浮点类型

（1）基本类型

从范围可见，float和double在靠近0的两侧有一小部分是无效的，且double的无效范围更小，精度更高。

从有效数字可见，float在第八个数字开始不太准确，double在第16个数字开始不太准确。

（2）输入输出

%e和%E是科学计数法式的输出，区别在于小写大写。%f是普通小数输出，可以写成%.xf表示要x位小数的输出，这种表示方法是四舍六入五成双的。

如果要输出无穷大和不符合数学规则的数字呢？

采用%f输出时，printf()输出正数/0时得到输出inf，负数/0时得到输出-inf，0/0时得到输出nan。

采用%d输出时，printf()输出任何数/0都会报错。因为无穷大只能用浮点数来表达。

（3）浮点运算

计算机内部无法完全精准的表示出一个数字，比如%.30f输出0.0049，你会得到一个0.0048接很多位小数的数字，它很接近0.0049。这就导致如下代码输出如下结果：

前面说过，float只有七位有效数字，所以打出%.10f时输出的数字和正确结果有点差异。这里也说明，浮点计算的精度是有问题的。所以计算时一般不使用浮点数进行计算，避免误差累计。

一般也不用==来判断两个浮点数是否相等，而是计算两个浮点数的差的绝对值，判断是否小于一个很小的数。

在上面的代码例子中，1.345f使用f来表示这个数字是float类型。如果不带f的纯小数，默认为double类型。

（4）内部表达

浮点数在计算机内部不是二进制数，而是用一种编码形式实现。比如上图前11位表示指数部分。

计算时，CPU会带着专门计算浮点数的硬件进行浮点计算。这个硬件接收到编码的浮点数，先解码，再计算，最后重新编码返回结果给内存。计算float和double的部件、方式是一样的。

5. 字符类型

（1）输入输出

一个例子：

char a=1; char b='1';

这里a的char是整数类型，会直接输出1。b的char是字符类型，如果是以d%形式输出，会得到49。

int a; char b; char c; scanf("%c",&b); scanf("%d",&a); c=a;

如果在scanf里以%c的形式输入，则输入是字符类型，如上面的b。输入‘1’时，%c形式输出的b是‘1’，%d形式输出的b是49。

如果想输入一个整数给字符类型的变量，需要先输入给一个整数类型的变量，再把它赋给字符类型变量。如上面的a和c。输入1时，c无法以%c形式输出，可以以%d形式输出1。但如果输入49，%c形式输出的c是‘1’。

输入字符给字符类型变量的方式有两种：一是直接以%c形式输入，二是以%d形式输入该字符对应的ASCII编码。

同理：判断'字符'==对应ASCII码，会得到肯定的结果。

（2）混合输入

对于这种混合输入，第一种带空格的正常读取。第二种如果在终端输入时不小心在两个数据中打了空格，第二个c会得到空格的字符‘ ’。

（3）字符计算

有字符参与的运算，先利用ASCII码将其转换为整数，然后计算，最后利用ASCII码转换为字符。

（4）大小写转换

（5）逃逸字符

上图中，\"指的是输出时打出的双引号，可以避免系统认为双引号之间的是一整个字符串。

注意：我们运行程序是在终端输入输出的，终端说白了也是一个人为编写的程序（通常称为shell），不同的终端对同一种逃逸字符可能会有不同的结果。

\b回退：指的是删除前一个，补上后一个。比如：

printf("123\b1\n");

会得到输出：121。

\n换行和\r回车：来源于早期打字机的动作。

6. 类型转换

（1）自动类型转换

比如：char类型和short类型一起时，会自动转换为short。

（2）强制类型转换

多用于把大的数据类型转换为小的数据类型。

上图中，short类型最大值为32767，因此（short）32768会得到-32768。

注意：强制转换只是从那个变量计算出了一个新的类型的值，它并不改变那个变量（值和类型都不变）。

注意：强制类型转换的优先级比四则运算要高。所以想要计算结果整体转类型，需要打小括号。

7. 逻辑类型（布尔）

（1）基本知识

最早的C语言没有布尔类型，一个判断式对就是1错就是0。到C9的时候有这种类型。基本使用如下

但由于C语言本质上没有布尔这种类型，需要引入一个头文件才能调用，所以布尔类型的变量本质上和int类型一样，可以直接把它们赋值为整数。

（2）逻辑运算

逻辑量是关系运算或逻辑运算的结果，而逻辑运算是对逻辑量的运算，结果只有1和0。

可以利用逻辑运算符表示区间。eg：x<4 && x>1。不能直接写为1<x<4。

小写字母换为a和z即可。

优先级：！> && > ||。至今大部分运算符优先级如下：

（3）短路

注意：对于和运算，左边为错时不做右边，如果右边有赋值之类的运算是不会赋值的。最好不要把赋值和普通计算写入逻辑运算，可以避免短路。

（4）条件运算符

格式为A = (条件)？成立的值：不成立的值。

条件运算符是从右向左结合的，尽量不要写太复杂的嵌套表达。

（5）逗号运算符

一个例子：

i= 3+4,5+6; i=(3+4,5+6);

因为逗号优先级最低，比赋值还低，所以第一个式子的i=7，而5+6的11没有赋值给任何一个变量，会报错。第二个式子用括号提升了优先级，会取逗号右边的值11，因此i=11。

这种逗号运算符主要在for运算中使用，可以让你在括号里写很多个计算。