一、数据类型介绍
1.基本的内置数据类型
这部分我们在一开始的时候已经说过了,如下表所示
char short int long long long float double |
//字符数据类型 //短整型 //整形 //长整型 //更长的整形 //单精度浮点数 //双精度浮点 |
这些内置数据类型也有他们的意义:
1.使用这个类型开辟内存空间的大小(大小决定了使用范围)
2.如何看待内存空间的视角
2.类型的基本归类
整型家族
char | unsigned char signed char |
short | unsigned short [int] signed short [int] |
int | unsigned int signed int |
long | unsigned long [int] signed long [int] |
long long | unsigned long long [int] signed long long [int] |
1.首先要注意的是char类型,字符在存储的时候存储的是ASCII码值,ASCII是整数,所以在归类的时候,字符是归类为整型家族的。
2.[int]是可以省略的
3.除过char类型以外,signed是可以省略的
4.char代表的是signed char 还是 unsigned char是取决于编译器的,常见的编译器上char==signed char
浮点数家族
float |
double |
构造类型(自定义类型)
数组类型 | int a[10]的类型是int [10],int a[11]的类型是int [11],char a[5]的类型是char [5] |
结构体类型 | struct |
枚举类型 | enum |
联合类型 | union |
指针类型
int* pi |
char* pc |
float* pf |
void* pv |
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空间中到底是如何存储的?
比如说
int a=20;
int b=-10;
我们知道int 需要开辟四个字节的空间,那么这四个字节的空间到底该如何使用呢?
1.原码反码补码
关于原码、反码、补码我们之前是提到过的
计算机中的整数有三种2进制表示方法,即原码、反码和补码。
三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”
正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。
对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码
原码:直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。
反码:将原码的符号位不变,其他位依次按位取反就可以得到反码
补码:反码+1就得到补码
由此我们便可以从原码得到补码,从补码到原码我们可以逆着过程来,也可以使用取反+1的方式得到
我们使用上面的例子来分析一下
int a = 20;
//正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
int b = -10;
//原码:10000000 00000000 00000000 00001010
//反码:11111111 11111111 11111111 11110101 ----符号位不变,其他按位取反
//补码:11111111 11111111 11111111 11110110 ----反码+1
我们知道数据在内存中是补码的形式存储的。
那么我们来看一下内存中这些数据是如何存放的
我会发现这个是使用16进制数存放的,这是因为如果是二进制的话,那么显得过于太长了,使用16进制数更为简洁
所以我们不妨先写出a的十六进制数,也顺便把b的十六进制数写出来,注意由于数据在内存中都是以补码的形式存储的,所以我们应该写补码的十六进制数
我们会发现确实是按照16进制数,并且以补码的形式存储的。但是我们发现这是以字节为单位倒着存放的。这块的问题我们待会讨论
在这里我们先说一下为什么要以补码的形式进行存储
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
我们可以举一个例子说明一下
假如说我们想要计算1-1的话,那么其实由于cpu只有加法器,所以我们计算机是这样计算的1+(-1)来实现的,这样的话就把减法转化为了加法运算
而对于这个加法,我们如果使用他们的原码进行运算的话
int a = 1;
//原码:00000000 00000000 00000000 00000001
int b = -1;
//原码:10000000 00000000 00000000 00000001
int c = a + b;
//a的原码:00000000 00000000 00000000 00000001
//b的原码:10000000 00000000 00000000 00000001
//原码相加:10000000 00000000 00000000 00000010 也就是-2,显然不可能
而补码正是弥补了这个缺陷
//a的补码:00000000 00000000 00000000 00000001
//b的补码:11111111 11111111 11111111 11111111
//相加后:100000000 00000000 00000000 00000000 ---放入c中将被截断
//c的补码:00000000 00000000 00000000 00000000 符号为为0,是一个正数
//c的原码:00000000 00000000 00000000 00000000 为0
这样就可以实现正常的减法运算了
2.大端字节序与小端字节序
什么是大小端
我们在上面观察数据在内存的存储的时候,我们知道他们是按照补码的十六进制存储的,而且他们还会以字节为单位进行逆序存储,这是为什么呢?
这里先给出他们的概念
大端存储模式:是指将数据的低位保存在内存的高地址处,而数据的高位,保存在内存的低地址处
小端存储模式:是指将数据的低位保存在内存的低地址处,而数据的高位,保存在内存的高地址处
也就是说假如有一个数据0x11223344,在内存中他有多种存放方式,可以是按照顺序,可以是按照逆序,也可以是乱序,但是存的进来也得取的出来。我们发现,只有按照顺序存储和逆序存储才是最方便的两种方式,而乱序比较麻烦,所以我们不用他
我们最终就保留了两种存储模式,大端字节序和小端字节序
而我们在前面说原码反码补码的时候,我们也注意到,我们当时的数据都是逆序存储的,可见我们此时的vs2022在x86环境下为小端存储模式
为什么要有大端小端
为什么会有大小端模式之分呢?这是因为在计算机系统中,我们是以字节为单位的,每个地址单元都对应着一个字节,一个字节为8 bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外,还有16 bit的short型,32 bit的long型(要看具体的编译器),另外,对于位数大于8位的处理器,例如16位或者32位的处理器,由于寄存器宽度大于一个字节,那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。
例如:一个 16bit 的 short 型 x ,在内存中的地址为 0x0010 , x 的值为 0x1122 ,那么 0x11 为高字节, 0x22 为低字节。对于大端模式,就将 0x11 放在低地址中,即 0x0010 中, 0x22 放在高地址中,即 0x0011 中。小端模式,刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式,而 KEIL C51 则为大端模式。很多的ARM,DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。
那么问题现在来了,如何设计一个程序去判断当前的系统是大端还是小端呢?
其实我们只需要考虑1就可以了,他在内存中是0x00 00 00 01,他在小端中是01 00 00 00,在大端中是00 00 00 01。我们只需要想办法取出第一个字节的数据即可,看他是否为1,如果为1,那就是小端,如果为0则为大端 ,而取出第一个字节的方法也很简单,就是使用char*的指针,因为他刚好只访问一个字节。
所以代码如下
#include<stdio.h> int check_sys() { int a = 1; return *(char*)&a; } int main() { int ret = check_sys(); if (ret == 1) { printf("小端\n"); } else { printf("大端\n"); } return 0; }
运行结果为
3.一些经典的题目
(1)
//输出什么? #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; }
题目解析:
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -1;
//-1的原码:10000000 00000000 00000000 00000001
//-1的反码:11111111 11111111 11111111 11111110
//-1的补码:11111111 11111111 11111111 11111111
//char只有一个字节,会发生截断
//a的补码为:11111111
signed char b = -1;
//-1的原码:10000000 00000000 00000000 00000001
//-1的反码:11111111 11111111 11111111 11111110
//-1的补码:11111111 11111111 11111111 11111111
//char只有一个字节,会发生截断
//b的补码为:11111111
unsigned char c = -1;
//-1的原码:10000000 00000000 00000000 00000001
//-1的反码:11111111 11111111 11111111 11111110
//-1的补码:11111111 11111111 11111111 11111111
//unsigned char只有一个字节,会发生截断
//c的补码为:11111111
printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
//a的补码为:11111111
//按照%d打印出来,也就是按照整型打印出来,那么就会发生整型提升,a是有符号的会补符号位1
//打印时a的补码为:11111111 11111111 11111111 11111111
//打印时a的反码为:11111111 11111111 11111111 11111110
//打印时a的原码为:10000000 00000000 00000000 00000001
//所以最终打印出来a=-1
//b的补码为:11111111
//按照%d打印出来,也就是按照整型打印出来,那么就会发生整型提升,a是有符号的会补符号位1
//打印时b的补码为:11111111 11111111 11111111 11111111
//打印时b的反码为:11111111 11111111 11111111 11111110
//打印时b的原码为:10000000 00000000 00000000 00000001
//所以最终打印出来b=-1
//c的补码为:11111111
//按照%d打印出来,也就是按照整型打印出来,那么就会发生整型提升,c是无符号的直接补0
//打印时c的补码为:00000000 00000000 00000000 11111111
//由于c此时的符号为为0,为正数,原码反码补码三码统一
//打印时c的原码为:00000000 00000000 00000000 11111111
//所以最终打印出来b=255
return 0;
}
(2)
#include <stdio.h> int main() { char a = -128; printf("%u\n", a); return 0; }
题目解析:
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -128;
//-128的原码为:10000000 00000000 00000000 10000000
//-128的反码为:11111111 11111111 11111111 01111111
//-128的补码为:11111111 11111111 11111111 10000000
//由于char是一个字节,要发生截断
//a的补码为:10000000
//a又要以无符号的形式进行打印,而在打印的过程中,a先要进行整型提升
//a本身是一个有符号的,所以全部补1
//打印时的a的补码为:11111111 11111111 11111111 10000000
//此时我们希望a以无符号的形式打印,那么他这个补码其实就是一个正数,这个补码就是原码,直接打印即可
printf("%u\n", a);
return 0;
}