C 语言数据类型

所谓“类型”，就是相似的数据所拥有的共同特征，知道某个值的数据类型，就能知道该值的特征和操作方式。

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基本数据类型有三种：字符（char）、整数（int）和浮点数（float），复杂的类型都是基于它们构建的。

字符类型

字符类型指的是单个字符，类型声明使用char关键字，字符常量必须放在单引号里面。

char c = 'B'; // 声明了变量c是字符类型，并将其赋值为字母B。

字符类型使用一个字节（8位）存储。

C 语言将字符类型当作整数处理，每个字符对应一个整数（由 ASCII 码确定），比如B对应整数66。

字符类型在不同系统的默认范围是不一样的。一些系统默认为-128到127，另一些系统默认为0到255。这两种范围正好都能覆盖0到127的 ASCII 字符范围。

只要在字符类型的范围之内（0到127），整数与字符是可以互换的，都可以赋值给字符类型的变量。

char c = 66;
// 等同于
char c = 'B';

char a = 'B'; // 等同于 char a = 66;
char b = 'C'; // 等同于 char b = 67;
printf("%d\n", a + b); // 输出 133

转义字符：

char t = '\''; // 内部的单引号使用反斜杠转义。

转义写法主要用来表示 ASCII 码定义的一些无法打印的控制字符。

  • \a：警报，这会使得终端发出警报声或出现闪烁，或者两者同时发生。
  • \b：退格键，光标回退一个字符，但不删除字符。
  • \f：换页符，光标移到下一页。在现代系统上，这已经反映不出来了，行为改成类似于\v。
  • \n：换行符。
  • \r：回车符，光标移到同一行的开头。
  • \t：制表符，光标移到下一个水平制表位，通常是下一个8的倍数。
  • \v：垂直分隔符，光标移到下一个垂直制表位，通常是下一行的同一列。
  • \0：null 字符，代表没有内容。注意，这个值不等于数字0。

转义写法还能使用八进制和十六进制表示一个字符。

  • \nn：字符的八进制写法，nn为八进制值。
  • \xnn：字符的十六进制写法，nn为十六进制值。
char x = 'B';
char x = 66;
char x = '\102'; // 八进制
char x = '\x42'; // 十六进制

整数类型

基本使用

整数类型用来表示较大的整数，类型声明使用int关键字。

int a;

不同系统的int类型的大小是不一样的，比较常见的是使用4个字节（32位）存储一个int类型的值，但是2个字节（16位）或8个字节（64位）也有可能使用。

  • 16位：-32,768 到 32,767。
  • 32位：-2,147,483,648 到 2,147,483,647。
  • 64位：-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807。

signed，unsigned

  • signed

signed关键字，表示一个类型带有正负号，包含负值。

对于int类型，默认是带有正负号的，也就是说int等同于signed int。

  • unsigned

unsigned关键字，表示该类型不带有正负号，只能表示零和正整数。

这样，同样长度的内存能够表示的最大整数值，增大了一倍。比如，16位的signed int最大值为32,767，而unsigned int的最大值增大到了65,535。

unsigned int里面的int可以省略。

unsigned a;

由于字符类型的本质是整数，字符类型char也可以设置signed和unsigned。

signed char c; // 范围为 -128 到 127
unsigned char c; // 范围为 0 到 255

注意，C 语言规定char类型默认是否带有正负号，由当前系统决定。char不等同于signed char，它有可能是signed char，也有可能是unsigned char。

整数的子类型

只需要8位整数时，应该使用char类型。

  • short int（简写为short）

占用空间不多于int，一般占用2个字节（整数范围为-～)。只需要16位整数时，应使用short类型。

  • long int（简写为long）

占用空间不少于int，至少为4个字节。需要32位整数时，应使用long类型而不是int类型，可以确保不少于4个字节。

  • long long int（简写为long long）

占用空间多于long，至少为8个字节。需要64位的整数时，应该使用long long类型，可以确保不少于8个字节。

short int a;
long int b;
long long int c;

默认情况下，short、long、long long都是带符号的（signed），即signed关键字省略了。它们也可以声明为不带符号（unsigned），使得能够表示的最大值扩大一倍。

unsigned short int a;
unsigned long int b;
unsigned long long int c;

C 语言允许省略int。

short a;
long b;
long long c;

整数的极限值

C 语言的头文件limits.h提供了相应的常量，比如SCHAR_MIN代表 signed char 类型的最小值-128，SCHAR_MAX代表 signed char 类型的最大值127。

  • SCHAR_MIN，SCHAR_MAX：signed char 的最小值和最大值。
  • SHRT_MIN，SHRT_MAX：short 的最小值和最大值。
  • INT_MIN，INT_MAX：int 的最小值和最大值。
  • LONG_MIN，LONG_MAX：long 的最小值和最大值。
  • LLONG_MIN，LLONG_MAX：long long 的最小值和最大值。
  • UCHAR_MAX：unsigned char 的最大值。
  • USHRT_MAX：unsigned short 的最大值。
  • UINT_MAX：unsigned int 的最大值。
  • ULONG_MAX：unsigned long 的最大值。
  • ULLONG_MAX：unsigned long long 的最大值。

整数的表示进制

C 语言的整数默认都是十进制数，如果要表示八进制数和十六进制数，必须使用专门的表示法。

八进制使用0作为前缀，比如017、0377。

int a = 012; // 八进制，相当于十进制的10

十六进制使用0x或0X作为前缀，比如0xf、0X10。

int a = 0x1A2B; // 十六进制，相当于十进制的6699

有些编译器使用0b前缀，表示二进制数，但不是标准。

上述不同的进制只是整数的书写方法，所有整数都是二进制形式存储，跟书写方式无关。

不同进制可以混合使用，比如10 + 015 + 0x20是一个合法的表达式。

printf()的进制相关占位符如下。

  • %d：十进制整数。
  • %o：八进制整数。
  • %x：十六进制整数。
  • %#o：显示前缀0的八进制整数。
  • %#x：显示前缀0x的十六进制整数。
  • %#X：显示前缀0X的十六进制整数。
int x = 100;
printf("dec = %d\n", x); // 100
printf("octal = %o\n", x); // 144
printf("hex = %x\n", x); // 64
printf("octal = %#o\n", x); // 0144
printf("hex = %#x\n", x); // 0x64
printf("hex = %#X\n", x); // 0X64

浮点数类型

浮点数使用 m * b^e 的形式存储数值，m是小数部分，b是基数（通常是2），e是指数部分。

  • float ：占用4个字节（32位）

其中8位存放指数 e 的值和符号，剩下24位存放小数 m 的值和符号。

float c = 10.5;

  • double ： 占用8个字节（64位）。

  • long double ：占用16个字节。

由于存在精度限制，浮点数只是一个近似值，它的计算是不精确的，比如 0.1 + 0.2 并不等于 0.3，而是有一个很小的误差。

布尔类型

C 语言原来并没有为布尔值单独设置一个类型，而是使用整数0表示伪，所有非零值表示真。

int x = 1;
if (x) {
  printf("x is true!\n");
}

C99 标准添加了类型_Bool，表示布尔值。但是，这个类型只是整数类型的别名，还是使用0表示伪，1表示真。

_Bool isNormal;

isNormal = 1;
if (isNormal)
  printf("Everything is OK.\n");

头文件stdbool.h定义了另一个类型别名bool，并且定义了true代表1、false代表0。

#include 

bool flag = false;

字面量

字面量（literal）指的是代码里面直接出现的值。

int x = 123; // 123 就是字面量

字面量的类型

编译时，字面量也会写入内存，因此编译器必须为字面量指定数据类型。

  • 整数字面量

一般情况下，十进制整数字面量（比如123）会被编译器指定为int类型。

如果一个数值比较大，超出了int能够表示的范围，编译器会将其指定为long int。

如果数值超过了long int，会被指定为unsigned long。

如果还不够大，就指定为long long或unsigned long long。

  • 小数字面量

小数（比如3.14）会被指定为double类型。

字面量后缀

可以为字面量加上后缀，从而为字面量指定数据类型。

int x = 123L; // 字面量123有后缀L，编译器就会将其指定为long类型。

如果希望指定为无符号类型，可以使用后缀u或U。

字面量后缀可以组合使用。

int x = 123LU;

常用的字面量后缀：

  • f和F：float类型。
  • l和L：对于整数是long int类型，对于小数是long double类型。
  • ll和LL：Long Long 类型，比如3LL。
  • u和U：表示unsigned int，比如15U、0377U。

数据溢出

每种数据类型都有数值范围，如果存放的数值超出了这个范围（小于最小值或大于最大值），需要更多的二进制位存储，就会发生溢出。大于最大值，叫做向上溢出（overflow）；小于最小值，叫做向下溢出（underflow）。

一般来说，编译器不会对溢出报错，会正常执行代码，但是会忽略多出来的二进制位。

unsigned char x = 255;
x = x + 1;

printf("%d\n", x); // 0

为了避免溢出，最好的方法就是将运算结果与类型的极限值进行比较。

但是，不能通过相加的和是否超出了最大值来判断是否发生了溢出。

unsigned int ui;
unsigned int sum;

// 错误
if (sum + ui > UINT_MAX) too_big();
else sum = sum + ui;

// 正确
if (ui > UINT_MAX - sum) too_big();
else sum = sum + ui;

sizeof 运算符

sizeof是 C 语言提供的一个运算符，返回某种数据类型或某个值占用的字节数量。

// 参数为数据类型
int x = sizeof(int);

// 参数为变量
int i;
sizeof(i);

// 参数为数值
sizeof(3.14);

sizeof运算符的返回值，C 语言只规定是无符号整数，并没有规定具体的类型。

不同的系统中，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。这样不利于程序的可移植性。

C 语言提供了一个解决方法，创造了一个类型别名size_t，用来统一表示sizeof的返回值类型。该别名定义在stddef.h头文件（引入stdio.h时会自动引入）里面，对应当前系统的sizeof的返回值类型，可能是unsigned int，也可能是unsigned long。

C 语言还提供了一个常量SIZE_MAX，表示size_t可以表示的最大整数。所以，size_t能够表示的整数范围为[0, SIZE_MAX]。

printf()有专门的占位符%zd或%zu，用来处理size_t类型的值。

printf("%zd\n", sizeof(int));

如果当前系统不支持%zd或%zu，可使用%u（unsigned int）或%lu（unsigned long int）代替。

数据类型转换

自动类型转换

  • 赋值运算

赋值运算符会自动将右边的值，转成左边变量的类型。

浮点数赋予整数变量时，C 语言直接丢弃小数部分，而不是四舍五入。

int x = 3.14; // 编译器会自动把3.14先转为int类型，丢弃小数部分，再赋值给x

整数赋值给浮点数变量时，会自动转为浮点数。

float y = 12 * 2; // 变量y的值不是24，而是24.0

字节宽度较小的整数类型，赋值给字节宽度较大的整数变量时，会发生类型提升。

char x = 10;
int i = x + y;

字节宽度较大的类型，赋值给字节宽度较小的变量时，会发生类型降级，自动转为后者的类型。这时可能会发生截值（truncation），系统会自动截去多余的二进制位，导致难以预料的结果。

int i = 321;
char ch = i; // ch 的值是 65 （321 - 256）
  • 混合类型运算

不同类型的值进行混合计算时，必须先转成同一个类型，才能进行计算。

整数与浮点数混合运算时，整数转为浮点数类型，与另一个运算数类型相同。

3 + 1.2; // 4.2

不同的浮点数类型混合运算时，宽度较小的类型转为宽度较大的类型，比如float转为double，double转为long double。

不同的整数类型混合运算时，宽度较小的类型会提升为宽度较大的类型。比如short转为int，int转为long等，有时还会将带符号的类型signed转为无符号unsigned。

最好避免无符号整数与有符号整数的混合运算。因为这时 C 语言会自动将signed int转为unsigned int，可能不会得到预期的结果。

int a = -5; 
if (a < sizeof(int)）// signed int a 自动转为 unsigned int 
  do_something();
  • 整数类型运算

两个相同类型的整数运算时，或者单个整数的运算，一般来说，运算结果也属于同一类型。但是，宽度小于int的类型，运算结果会自动提升为int。

unsigned char a = 66;

if ((-a) < 0) printf("negative\n");
else printf("positive\n");
  • 函数传参
int dostuff(int, unsigned char);

char m = 42;
unsigned short n = 43;
long long int c = dostuff(m, n);

不管参数变量m和n原来的类型是什么，都会转成函数dostuff()定义的参数类型。

显式类型转换

原则上，应该避免类型的自动转换，防止出现意料之外的结果。C 语言允许手动转换类型。

只要在值或变量的前面，使用圆括号指定类型(type)即可。

(unsigned char) ch

可移植类型

C 语言的整数类型（short、int、long）在不同计算机上，占用的字节宽度可能是不一样的，无法提前知道它们到底占用多少个字节。

为了代码可以有更好的可移植性，头文件stdint.h创造了一些新的类型别名。

精确宽度类型

精确宽度类型（exact-width integer type），保证某个整数类型的宽度是确定的。

  • int8_t：8位有符号整数。
  • int16_t：16位有符号整数。
  • int32_t：32位有符号整数。
  • int64_t：64位有符号整数。
  • uint8_t：8位无符号整数。
  • uint16_t：16位无符号整数。
  • uint32_t：32位无符号整数。
  • uint64_t：64位无符号整数。

这些都是类型别名，编译器会指定它们指向的底层类型。

比如，某个系统中，如果int类型为32位，int32_t就会指向int；如果long类型为32位，int32_t则会指向long。

#include 
#include 

int main(void) {
  int32_t x32 = ; // 变量`x32`声明为`int32_t`类型，可以保证是32位的宽度。
  printf("x32 = %d\n", x32);
  return 0;
}

最小宽度类型

最小宽度类型（minimum width type），保证某个整数类型的最小长度。

  • int_least8_t
  • int_least16_t
  • int_least32_t
  • int_least64_t
  • uint_least8_t
  • uint_least16_t
  • uint_least32_t
  • uint_least64_t

比如，int_least8_t表示可以容纳8位有符号整数的最小宽度的类型。

最快最小宽度类型

最快的最小宽度类型（fast minimum width type），可以使整数计算达到最快的类型。

  • int_fast8_t
  • int_fast16_t
  • int_fast32_t
  • int_fast64_t
  • uint_fast8_t
  • uint_fast16_t
  • uint_fast32_t
  • uint_fast64_t

这些类型在保证字节宽度的同时，追求最快的运算速度。

比如int_fast8_t表示对于8位有符号整数，运算速度最快的类型。这是因为某些机器对于特定宽度的数据，运算速度最快，举例来说，32位计算机对于32位数据的运算速度，会快于16位数据。

可保存指针的整数类型

  • intptr_t：可以存储指针（内存地址）的有符号整数类型。
  • uintptr_t：可以存储指针的无符号整数类型。

最大宽度整数类型

  • intmax_t：可以存储任何有效的有符号整数的类型。
  • uintmax_t：可以存放任何有效的无符号整数的类型。

这两个类型的宽度比long long和unsigned long更大。

参考： C 语言教程


分享名称：C 语言数据类型
文章来源：http://cdiso.cn/article/dsoigsc.html

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