【C数据（一）】数据类型和变量你真的理解了吗？来看看这篇-编程知识

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文章目录

前言
一、数据类型
- 1.1字符型
- 1.2 整型
- 1.3 浮点型
- 1.4 布尔类型
二、各种数据类型的⻓度
- 2.1 sizeof操作符
- 2.2 数据类型⻓度
- 2.3 sizeof中表达式不计算
三、signed 和 unsigned
四、数据类型的取值范围
总结

前言

在这里插入图片描述

一、数据类型

C语言主要的数据类型和变量的数据类型有：

基本数据类型：

整数类型：
- char:字符类型，占1字节
- short:短整型，占2字节
- int:整型，占4字节
- long:长整型，占4或8字节
- long long:更长的整型，占8字节
浮点数类型：
- float:单精度浮点数，占4字节
- double:双精度浮点数，占8字节
其他类型：
- void:无类型
- bool:布尔类型C语言没有内置布尔类型bool,需要包含<stdbool.h>头文件

变量的数据类型：

自动变量：定义在函数或代码块内的变量，生命周期在函数或代码块结束后结束。
静态变量：使用static声明的变量，生命周期持续整个程序执行期间。
寄存器变量：使用register声明，让变量存储在CPU寄存器中加快访问速度。
外部变量：使用extern声明的变量定义在其他源文件中。
指针变量：用于存储地址的值。
数组变量：用于存储多个同类型数据元素。
结构体变量：用于存储不同类型数据元素的集合。
联合体变量：用于存储占用相同内存空间的不同类型数据。
枚举变量：用于定义一组相关常量的值。

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
int main() 
{// 基本数据类型char ch = 'a'; // 字符类型short num = 10; // 短整型int age = 25; // 整型 long long bigNum = 1000000000; // 长长整型// 浮点数类型float price = 19.99; // 单精度浮点 double weight = 75.123; // 双精度浮点// 其他类型void func(); // 无类型bool isMale = true; // 布尔类型// 变量的数据类型static int count = 0; // 静态变量register int loop = 0; // 寄存器变量int* pNum = &age; // 指针变量int arr[10]; // 数组变量struct Student {char name[20];int id;} stu; // 结构体变量union Data {int x;char c;} data; // 联合体变量enum Color { RED, GREEN, BLUE }; // 枚举变量printf("char: %c, short: %d, int: %d\n", ch, num, age);return 0;
}

1.1字符型

  char[signed] charunsigned char

1.2 整型

//短整型short [int][signed] short [int]unsigned short [int]//整型int[signed] intunsigned int//⻓整型
long [int][signed] long [int]unsigned long [int]//更⻓的整型//C99中引⼊long long [int][signed] long long [int]unsigned long long [int]

1.3 浮点型

 floatdoublelong double

1.4 布尔类型

C语⾔其实原来并没有为布尔值单独设置⼀个类型，⽽是使⽤整数0在
表示假，非零表示真。在C99中也引⼊了布尔类型，是专⻔表⽰真假的。
布尔类型的使⽤得包含头⽂件 <stdbool.h>
布尔类型变量的取值是：true或者false.

 #define bool  _Bool#define false 0#define true  1

用代码展示

 _Bool flag = true;if (flag)printf("i like C\n");

二、各种数据类型的⻓度

2.1 sizeof操作符

C语言中的sizeof操作符用来计算数据类型或表达式所占用的内存字节数。

sizeof主要有以下几种用法：

计算数据类型大小

sizeof(类型名)

例如：

sizeof(int) // 4 
sizeof(char) // 1

计算数组元素个数

sizeof(数组名) / sizeof(数组元素类型)

例如：

在这里插入图片描述

计算结构体大小

sizeof(结构体名)

例如：

在这里插入图片描述

计算表达式大小

sizeof(表达式)

例如：

在这里插入图片描述

C语言标准只规定sizeof运算符返回一个无符号整数，但并没有明确指定返回值的具体类型。

这就可能导致程序的可移植性问题：

不同系统下，sizeof返回值类型可能不同，使用不当类型的格式化输出可能会出错，返回值的类型有可能是unsigned int ，也有可能是 unsigned long ，甚⾄是 unsigned long long ，对应的 printf() 占位符分别是 %u 、 %lu 和 %llu。
需要存储sizeof结果的变量也需要使用正确的类型，否则可能会溢出或截断。

C语言提供了size_t类型来解决这个问题：

size_t是一个类型别名，它会被定义为当前系统下sizeof返回值的正确类型，可能是unsigned int、unsigned long等。
程序使用size_t来存储和操作sizeof结果，就可以保证类型安全且可移植。
格式化输出时使用%zd，它会自动匹配size_t类型。

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;printf("%zd\n", sizeof(a));printf("%zd\n", sizeof a);//a是变量的名字，可以省略掉sizeof后边的()printf("%zd\n", sizeof(int));printf("%zd\n", sizeof(6 + 8.8));return 0;
}

2.2 数据类型⻓度

您总结得很好，我重新梳理一下C语言主要数据类型的长度：

char: 1字节
short: 2字节
int: 32/64位系统通常为4字节
long: 4字节
long long: 8字节
float: 4字节
double: 8字节
void*: 与系统地址长度相同，32位系统为4字节，64位系统为8字节
size_t: 与系统地址长度相同，用来表示sizeof()函数返回值的类型

在 X86配置下的输出：
在这里插入图片描述

在 X64配置下的输出：
在这里插入图片描述

2.3 sizeof中表达式不计算

sizeof运算符计算的不是表达式的值，而是类型的大小。

更准确地说，sizeof运算符返回它操作数类型的大小，单位为字节。
如果操作数是一个类型，那么它直接返回该类型的大小;
如果操作数是一个表达式，那么它返回表达式类型的大小。

举个例子：

int main()
{int a = 10;int b = 20;short s = 2;int c = 30;printf(" %zd\n", sizeof(int)); // 返回int类型大小，如4字节printf(" %zd\n", sizeof(a)); // 返回int类型大小，如4字节，和sizeof(int)相同  printf(" %zd\n", sizeof(a + b)); // 返回int类型大小，如4字节，计算a + b的类型是intprintf(" %zd\n", sizeof(s = c + 1));printf("s = %d\n", s);return 0;
}

在这里插入图片描述

在sizeof(a + b)中：

a + b是一个表达式，计算结果是int类型
sizeof不计算a + b的实际值，而是直接返回其类型int的大小
sizeof(s = c + 1)
- s = c + 1是一个赋值表达式，计算c+1的值，结果是int类型
- 但赋值的对象是short类型变量s
- 所以sizeof返回short类型的大小，即2字节
sizeof返回类型大小，不计算表达式值
表达式计算和赋值可能涉及类型转换

sizeof 在代码进⾏编译的时候，就根据表达式的类型确定了，类型的常⽤，⽽表达式的执⾏却要在程序运⾏期间才能执⾏，在编译期间已经将sizeof处理掉了，所以在运⾏期间就不会执⾏表达式了。

三、signed 和 unsigned

signed和unsigned关键字用于指定整数类型的符号：

signed: 有符号整数类型，可以表示正数和负数。默认情况下所有整数类型(char、short、int、long)都是signed的。
unsigned: 无符号整数类型，只能表示非负整数，范围比signed类型更大。

主要区别：

存储表示：
- signed类型用二进制最高位表示数值的符号，正数为0,负数为1。
- unsigned类型最高位都是数值本身，不表示符号。
数值范围：
- signed类型的范围依赖于其位宽，如int为-2147483648到2147483647。
- unsigned类型没有符号位，所以范围比signed类型更大，如uint为0到4294967295。
运算结果：
- signed类型在一些运算中可能会发生溢出。
- unsigned类型不会发生溢出，超出范围直接循环回到最小值。

小例子：

#include <stdio.h>int main()
{unsigned int a = 10;signed int b = 10;a -= 20;b -= 20;printf("a = %zu\n", a);printf("b = %zd\n", b);return 0;
}

在这里插入图片描述

第一种分析：

a为unsigned int,范围0-4294967295
a原值为10,减20后为-10
但unsigned int没有负数表示，所以-10会溢出计算为最大值4294967295

b为signed int,范围-2147483648-2147483647
b原值为10,减20后为-10
-10正好在signed int范围内，所以结果正确输出为-10

这里unsigned int和signed int在减法溢出后的表现不同：
unsigned int溢出后取最大正值
signed int保留数值的符号，输出负数

所以这个例子更清晰地展示了signed和unsigned类型在溢出情况下的区别。

二进制重新解释这道题：

题目中有两个变量：

unsigned int a,其范围为0-4294967295
signed int b,其范围为-2147483648-2147483647

开始时：

a = 10
b = 10

然后执行：

a -= 20
b -= 20

分析：

对于a来说，它是unsigned int类型，没有负数表示。
当a-=20时，正确的二进制计算是：

a原值： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 (10)
a-=20:  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 (-10,但unsigned int没有负数)

由于结果-10超出了unsigned int的范围，所以根据无符号溢出规则，高位溢出位被舍弃，结果保留为最大正值：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 溢出为4294967295

对于b来说，它是signed int类型，可以表示负数。
当b-=20时，二进制计算是：

b原值： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 (10)  
b-=20: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010 (-10)

-10处于signed int的有效范围内，所以结果直接输出-10。

总之，通过这个例子可以清晰地看出：

unsigned int在溢出时结果取最大正值
signed int根据符号位判断正负，直接输出结果

四、数据类型的取值范围

C语言主要的数据类型和其取值范围如下：

用二进制来解释C语言主要数据类型的取值范围：
它的高位为符号位：0表示正数，1表示负数。

char

1字节，表示为8位二进制
高位为符号位，0表示正数，1表示负数
所以取值范围是：0xxx xxxx ~ 0111 1111,即0~ 127为正数，-128 ~ -1为负数

unsigned char

也是1字节8位二进制
但没有符号位，所以全为数据位
取值范围是：0000 0000 ~ 1111 1111,即0~255

short

2字节，表示为16位二进制
高位为符号位，0表示正数，1表示负数
所以取值范围是：0xxx xxxx xxxx xxxx ~ 0111 1111 1111 1111,即0~ 32767为正数，-32768~ -1为负数（这里的"xxx"代表低15位可以是0或者1,也就是数据位。）