C語言筆記之資料類型（一）

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在《電腦眼裡的數字》這篇文章中，我曾提到，位元組是電腦最小的可定址的單位，地址對應的是一個個位元組，而不是位元組的每個位。這樣編址的原因很簡單——單個的位所能表示的資訊量太少了，只有兩種狀態0和1，只有把足夠多的位組合起來才能表示足夠豐富的資訊。那麼為什麼一定要是8呢？因為大家都這麼做。。。好吧，肯定一定的曆史原因，我就不深究了。

但是，即使是8個位組成的位元組，其所能表示的資訊量仍然是有限的，因為最多隻有256中狀態組合，如果用每種狀態對應0~255之間的數位話，那麼就無法表示256這個數。這時候只好用兩個位元組來表示大於255的數。同樣的道理，當數字大到超過兩個位元組所能表示的數的極限後，就用四個位元組。。。是的，你也發現了，位元組數目總是翻倍增長，為什麼不用3個位元組呢？甚至，為啥不用1.5個位元組呢？對於前者，是因為考慮到對齊的原因，這其中有太多東西要說，我就不展開了；而後者，前面其實說到了，因為沒有位的編址，無法深入到位元組內部把資料揪出來。。所以，儲存肯定會有一定的浪費，在所難免。

上面羅嗦了那麼多，其實只是為了引出本文的豬腳——C語言資料類型，為什麼C語言要分那麼多類型呢？因為對於不同大小的數，所需要的儲存空間大小不同。如果都用4個位元組儲存，那麼肯定不用分資料類型，但是好浪費哦～所以，本著節省記憶體的考慮，資料類型就誕生了。C的資料類型分為基礎資料型別 (Elementary Data Type)和複合資料型別，後者只是前者的某種組合。基礎資料型別 (Elementary Data Type)按照其在電腦中的儲存方式又分為整數類型和浮點數類型。

一、整數類型

整數類型包括char、short、int、long、long long，它們沒有小數部分。char雖然是字元類型，但是由於儲存的是ASCII碼，本質上也是按整數儲存的，所以歸為這一類。不同的整數類型具有不同的位元組數，從而所佔用的儲存空間不同。然而，這一點是不確定的，準確的位元組數依賴於具體的機器和編譯器——機器不僅分品牌，還有32位和64位之分。下面的表格給出不同類型所佔有的典型的位元組數（來源《深入理解電腦系統》）：

類型	32位機器	64位機器
char	1	1
short	2	2
int	4	4
long	4	8
long long	8	8
char *	4	8
float	4	4
double	8	8

注意，上表只是典型值，以32位為例：在有的機器上，short和int都是2個位元組，long是4個位元組；而有的機器上，short是2個位元組，而int和long是4個位元組。C語言僅僅規定：short <= int <= long，然後char是1個位元組。不過，對於大部分機器，上表夠用了。要查看自己機器上每種類型所佔的位元組數，請用sizeof(類型)來查看。

對於整數類型，C還用了signed和unsigned來修飾它們，以獲得有符號數和無符號數，預設時，認為是有符號數。正如在《電腦眼裡的數字》中提到的那樣，有符號數和無符號數的二進位表示可能是一樣的，區別僅僅是解讀方式。

有了各種類型之後（即位元組數確定之後），就可以規定它們所表示的數的範圍。下表是32位機器各種類型的典型取值範圍：

	signed	unsigned
char	-128 ~ 127	0 ~ 255
short	-32768 ~ 32767	0 ~ 65535
int	-2147483648 ~ 2147483647	0 ~ 4294967295
long	-2147483648 ~ 2147483647	0 ~ 4294967295
long long	-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807	0 ～ 18446744073709551615

這些界限值可以通過包含limits.h標頭檔加以查看，比如對於int值的各種範圍，可以通過列印INT_MAX  INT_MIN  

UINT_MAX UINT_MIN 來查看。

我們用幾個例子來看一下相同類型之間signed和unsigned的轉換。

1、將signed強制轉換成unsigned：

<span style="font-size:18px;">#include <stdio.h>int main(void){    int a = -1;     unsigned int b = (unsigned int)a;    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);     printf("a = %u, b = %d\n", a, b);     printf("a = %d, b = %u\n", a, b);     printf("a = %#x, b = %#x\n", a, b);     return 0;}</span>

運行結果如下：

<span style="font-size:18px;">a = -1, b = -1a = 4294967295, b = -1a = -1, b = 4294967295a = 0xffffffff, b = 0xffffffff</span>

可以明顯的看出，將一個負數強制轉換為無符號數，並沒有改變其位元模式（二進位表示），它仍然按照原來的模樣儲存，第四行的結果證明了這一點；而前三行的結果表明，即使不做signed到unsigned的強制類型轉換，只需要在列印時改變一下輸出格式，就能達到同樣的效果。（這裡我開始懷疑把一個變數聲明為unsigned有啥意義？）

而將一個有符號的正數轉換為同類型的無符號數又如何呢？

2、將unsigned強制轉換成signed：

<span style="font-size:18px;">#include <stdio.h>int main(void){    unsigned short a = 32767;    short b = (short)a;    printf("a = %u, b = %u\n", a, b);     printf("a = %u, b = %d\n", a, b);     printf("a = %d, b = %u\n", a, b);     printf("a = %#x, b = %#x\n", a, b);     return 0;}</span>

結果如下：

<span style="font-size:18px;">a = 32767, b = 32767a = 32767, b = 32767a = 32767, b = 32767a = 0x7fff, b = 0x7fff</span>

可以看出，當一個非負數處於0～TMax（TMax代表某一類型有符號數的最大值）的範圍時，無論把它的二進位表示解讀成signed還是unsigned，結果都是一樣的。這是因為，處於這部分範圍內的數，轉換成二進位時，最高為都為0，如果按signed解讀，它是一個正數，數字部分就是7fff,；而按unsigned解讀，07fff == 7fff，結果總是一樣的。

那如果正數的範圍超過了TMax呢？

<span style="font-size:18px;">#include <stdio.h>int main(void){    unsigned int a = 2147483648u;    int b = (int)a;    printf("a = %u, b = %d\n", a, b);     printf("a = %d, b = %u\n", a, b);     printf("a = %#x, b = %#x\n", a, b);     return 0;}</span>

結果：

<span style="font-size:18px;">a = 2147483648, b = -2147483648a = -2147483648, b = 2147483648a = 0x80000000, b = 0x80000000</span>

可以看到，底層的二進位表示仍然是一致的，只是解讀方式發生了變化：由於最高位是1，所以解讀成signed時，是一個負數；解讀成unsigned仍然是正數，結果不同。

注意：因為變數分為signed和unsigned，對應的常量也要分為signed和unsigned；類型前沒有修飾時，預設為signed，對應的，一個常量數字預設為signed，即有符號數。如果希望一個常量數字被當成無符號數，就要在其末尾添加字母‘u‘或‘U’。

C語言筆記之資料類型（一）