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✍🏻作者简介：目前正在回炉重造C语言（2023暑假）
✈️专栏：【C语言航路】
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一、数据类型介绍

1.1 基本的内置类型

char       //字符数据类型
short      //短整型
int        //整型
long       //长整型
long long   //更长的整型
float      //单进度浮点型
double     //双精度浮点型

类型的意义：

1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了其使用范围）
2. 看待内存空间的视角

1.2 类型的基本归类

• 整型家族

charunsigned charsigned char//后面带括号的可省略
shortunsigned short (int)   signed short (int)intunsigned intsigned intlongunsigned long (int)signed long (int)long longunsigned long long (int)signed long long (int)

• char属于整型并不奇怪，因为字符在存储的时候在内存存储的是ASCII值，因为ASCII是整数，所以在归类的时候，字符就属于整型家族。
• 不管是long long / long / short / int + 变量都等价于signed long long / long /short /int + 变量，但注意：char到底是signed char还是unsigned char完全取决于编译器，常见的char是有符号的

• 浮点数家族：

float
double

• 构造类型（又称自定义类型）：

数组类型  int[]、char[]...
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union

• 指针类型

int *p;
char *p;
float* p;
void* p;  //无具体类型的指针

• 空类型

void 表示空类型（无类型）

通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型

二、整型在内存中的存储

我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。那么数据在所开辟的内存空间中到底是如何存储的？

比如：

int a = 20
int b = -10;

我们知道int需要开辟4个字节的空间，那么这4个字节的空间到底该如何使用呢？要知道这些首先必须知道什么是原码、反码、补码：

2.1 原码、反码、补码

我们再回头讨论整型在所开辟的空间中到底是如何存储的？

对于整形来说：数据在内存中存储的是二进制序列的补码。

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 20;//整数的原码、反码、补码相同//原码：00000000 00000000 00000000 00010100//反码：00000000 00000000 00000000 00010100//补码：00000000 00000000 00000000 00010100int b = -10;//原码:10000000 00000000 00000000 00001010//反码:11111111 11111111 11111111 11110101 //符号位不变，其他位取反//补码:11111111 11111111 11111111 11110110 //反码+1return 0;
}

接着我们可以通过调试分别查看变量a的内存和变量b的内存：

我们发现它们是按十六进制数存储的，这是因为如果是二进制的话，显得过于太长了

接下来分别写出a和b的十六进制，我们发现它们是倒着存放的（后面大小端介绍为什么是倒着放）：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 20;//整数的原码、反码、补码相同//原码：00000000 00000000 00000000 00010100//反码：00000000 00000000 00000000 00010100//补码：00000000 00000000 00000000 00010100//十六进制：00     00        00       14int b = -10;//原码:10000000 00000000 00000000 00001010//反码:11111111 11111111 11111111 11110101 //符号位不变，其他位取反//补码:11111111 11111111 11111111 11110110 //反码+1//十六进制：ff     ff        ff       f6return 0;
}

2.2 探讨：为什么整型内存中存的是补码，而不是反码和原码?

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

这里可以举个例子帮助大家理解：

三、 大小端介绍

• 大端：又称大端字节序存储，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中。
• 小端：又称小端字节序存储，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位，保存在内存的高地址中。

文字有点干巴，我画图来帮助大家理解：

假设有一个十六进制位：0x 00 11 22 33 44，怎么知道数据的低位和高位呢？举个例子123，个位数的3就是低位，1就是高位，在上面的数据中，44就是低位，00就是高位。

【小端模式 - x86环境】

【大端模式 - x64环境】

3.1 经典大小端面试题

问：如何设计一个程序去判断当前的系统是大端还是小端呢？(请用编程实现)

思路：这里我们只要拿1就非常好判断，因为1的十六进制为0x00 00 00 01，在小端的存储模式是0x 01 00 00 00，大端则是0x 00 00 00 01，所以只需要判断第一个字节即可，是1就是小端，是0就是大端。

【代码实现】

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 1;// char类型的指针一次只访问一个字节char* p = (char*)&a;if (*p == 1){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return 0;
}

四、练习

4.1 例1

#include <stdio.h>
int main()
{char a = -1;signed char b = -1;unsigned char c = -1;printf("a = %d, b = %d, c = %d", a, b, c);return 0;
}

【解析】

整型提升：点击跳转

4.2 例2

#include <stdio.h>
int main()
{char a = -128;printf("%u\n", a);return 0;
}

【解析】

4.3 例3

#include <stdio.h>
int main()
{char a = 128;printf("%u\n", a);return 0;
}

【解析】

4.4 例4

#include <stdio.h>
int main()
{char a = 128;printf("%u\n", a);return 0;
}

【解析】

4.5 例5

#include <stdio.h>
int main()
{int i = -20;unsigned int j = 10;printf("%d\n", i + j);return 0;
}

【解析】

4.6 例6

#include <stdio.h>
int main()
{unsigned int i;for (int i = 9; i >= 0; i--){printf("%u\n", i);}return 0;
}

【解析】

i的类型是unsigned int，是无符号整型，说明i不可能为负数，因此以上代码发生死循环。

4.7 例7

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{char a[1000];for (int i = 0; i < 1000; i++){a[i] = -1 - i;}printf("%d", strlen(a));return 0;
}

【解析】

strlen只需计算'\0'之前的所有字符，所以只需要找到'\0'即可，其本质就是0。注意：有符号的char的取值范围：-128~127。则-1、-2、-3...-128、127、126、125...1、0。因此一共有127 + 128 = 225

4.8 例8

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
//0~255
int main()
{for (i = 0; i <= 255; i++){printf("hello world\n");}return 0;
}

i的类型是无符号char，因此范围：i的范围是0~255，永远都不可能超过225。所以循环里的内容恒成立，所以结果为死循环。

五、浮点数在内存中的存储

5.1 浮点数存储规则

注意：整型和浮点数在内存中的存储是截然不同的！

浮点数在计算机内部的表示方法：
任意一个二进制浮点数可以表示成下面的形式：(-1)^S * M * 2^E

• (-1)^S表示符号位，当S = 0，浮点数为正数；当S = 1，浮点数为负数。
• M表示有效数字，其范围：大于等于1，小于2。
• 2^E表示指数位

举个例子来说：

十进制的5.0，写成二进制是101.0，就相当1.01×2²。那么，按照上面的格式，就可以得出S = 0（浮点数为正数），M = 1.01，E = 2。

有了S、M、E，那浮点数在内存中又怎么表示呢？

5.2 浮点数存储模型

IEEE 754规定：

• 对于32位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M
  
• 对于64位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M
  

5.3 特别规定

注意：对于有效数字M和指数E，还有一些特别规定：

• 前面说过，1≤M<2，也就是说，M可以写成1.xxxxxx的形式，在计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。也就是说，浮点数存入内存时1.xxxxxx中的1可以省略。比如保存1.01的时候，只保存01，剩下位补0。最后等到读取的时候，再把第一位的1加上去。
• 对于E，规定：存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数，对于8位的E，这个中间数是127；对于11位的E，这个中间数是1023。比如，2¹⁰的E是10，所以保存成32位浮点数时，必须保存成10+127=137，即10001001。等到读取的时候再减去对应的中间数。

然后，指数E从内存中==取出==还可以再分成三种情况：

• E不全为0或不全为1
  规定：指数E的计算值减去对应的中间值(127或1023），得到真实值，再将有效数字M前加上第一位的1。
  比如：
  0.5的二进制形式为0.1，由于规定正数部分必须为1，即将小数点右移1位，则为
  1.0 × 2^-1，其阶码为-1+127=126，表示为01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000，则其二进制表示形式为:00111111000000000000000000000000
• E全为0
  这时，浮点数的指数E等于1-127（或者1-1023）即为真实值，有效数字M不再加上第一位的1，而是还原为0.xxxxxx的小数。
• E全为1
  这时，如果有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位s）

5.4 浮点数存储的例题

5.4.1 例1

#include <stdio.h>
int main()
{float f = 5.5f;return 0;
}

【图解】

5.4.2 例2

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 9;float* p = (float*)&n;printf("n的值为：%d\n", n);printf("*p的值为：%f\n", *p);*p = 9.0;printf("num的值为：%d\n", n);printf("*p的值为：%f\n", *p);return 0;
}

【程序结果】

【图解】