10天学会嵌入式技术之C语言-day-2

第五章 二进制

5.1 进制

计算机世界中只有二进制，所以计算机中存储和运算的所有数据都要转为二进制。包括
数字、字符、图片、声音、视频等。

5.1.1 常见进制介绍

1）二进制：0、1，满 2 进 1。
（2）十进制：0 - 9，满 10 进 1。
（3）十六进制：0 - 9 及 A-F，满 16 进 1。十六进制中，除了 0 到 9 十个数字外，还
引入了字母，以便表示超过 9 的值。字母 A 对应十进制的 10，字母 B 对应十进制的 11，字
母 C、D、E、F 分别对应十进制的 12、13、14、15。

二进制	十进制	十六进制
0	0	0
1	1	1
10	2	2
11	3	3
100	4	4
101	5	5
110	6	6
111	7	7
1000	8	8
1001	9	9
1010	10	A
1011	11	B
1100	12	C
1101	13	D
1110	14	E
1111	15	F
10000	16	10
10001	17	11

5.1.2 c语言中使用不同进制表示整数

（1）二进制：以 0b 或 0B 开头表示。
（2）十进制：正常数字表示。
（3）十六进制：以 0x 或 0X 开头表示，此处的 A-F 不区分大小写。

示例：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int num1 = 0b10;//二进制
	int num2 = 210;//十进制
	int num3 = 0x1f;//十六进制

	printf("num1=%d\n",num1);
	printf("num2=%d\n", num2);
	printf("num3=%d\n", num3);

	return 0;
}

num1=2
num2=210
num3=31

D:\c-code\Project1\x64\Debug\3-14.exe (进程 21224)已退出，代码为 0 (0x0)。
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5.1.3 输出格式

不同的进制只是整数的书写方法不同，不会对整数的实际存储方式产生影响。不同进制
可以混合使用，比如 10 + 015 + 0x20 是一个合法的表达式。
使用格式占位符可以将整数以不同进制形式输出，相关的格式占位符如下：
%d ：十进制整数。
%x ：十六进制整数。
%#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。

示例：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int x = 100;
	printf("十进制：%d\n", x);
	printf("十六进制：%x\n", x);
	printf("十六进制（0x开头）：%#x\n", x);

	return 0;
}

十进制：100
十六进制：64
十六进制（0x开头）：0x64

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5.2 进制转换

5.2.1 二进制与十进制转换

5.2.1.1二进制转换成十进制

1）规则：从最低位开始，将每个位上的数提取出来，乘以 2 的（位数-1）次方，然
后求和。
（2）案例：请将二进制 1011 转成十进制的数。

5.2.1.2 十进制转换成二进制

（1）规则：将该数不断除以 2，直到商为 0 为止，然后将每步得到的余数倒过来，就
是对应的二进制。
（2）案例：请将 56 转成二进制。

5.2.2 十六进制和十进制

5.2.2.1 十六进制转换成十进制

（1）规则：从最低位开始，将每个位上的数提取出来，乘以 16 的（位数-1）次方，然后求和。
（2）案例：请将 0x34A 转成十进制的数。

5.2.2.2 十进制转换成十六进制

（1）规则：将该数不断除以 16，直到商为 0 为止，然后将每步得到的余数倒过来，就
是对应的十六进制。
（2）案例：请将 356 转成十六进制。

5.2.3 二进制和十六进制

5.2.3.1 二进制转换成十六进制

（1）规则：低位开始，将二进制数每四位一组，转成对应的十六进制数即可。
（2）案例：请将 1011011 转成十六进制。

5.2.3.2 十六进制转换成二进制

（1）规则：将十六进制数每 1 位，转成对应的 4 位的一个二进制数即可。
（2）案例：请将 0x23B 转成二进制。

5.3 原码，反码，补码

计算机底层存储数据时使用的是二进制数字，但是计算机在存储一个数字时并不是直接
存储该数字对应的二进制数字，而是存储该数字对应二进制数字的补码。

5.3.1 机器数和真值

（1）机器数
一个数在计算机的存储形式是二进制数，我们称这些二进制数为机器数。机器数可以是
有符号的，用机器数的最高位存放符号位，0 表示正数，1 表示负数。
（2）真值
因为机器数带有符号位，所以机器数的形式值不等于其真实表示的值（真值），以机器
数 10000001 为例，其真正表示的值（首位为符号位）为-1，而形式值（首位就是代表 1）
为 129；因此将带符号的机器数的真正表示的值称为机器数的真值。

5.3.2 原码、反码、补码的概念

（1）原码
原码的表示与机器数真值表示的一样，即用第一位表示符号，其余位表示数值。
 正数的原码：就是它对应的二进制数。
 负数的原码：它的绝对值对应的二进制数，且最左边位变为 1。
 0 的原码：仍然是 0。
十进制的正负 1，用 8 位二进制的原码表示如下：

+1 原码：[ 0000 0001 ]
-1 原码：[ 1000 0001 ]

（3）补码

 正数的补码：和原码、反码相同。                                                                                                   负数的补码：反码的基础上加 1。                                                                                                     0 的补码：仍然是 0。

十进制的正负 1，用 8 位二进制的补码表示如下：

+1 原码：[ 0000 0001 ] 反码：[ 0000 0001 ] 补码：[ 0000 0001 ]
-1 原码：[ 1000 0001 ] 反码：[ 1111 1110 ] 补码：[ 1111 1111 ]

(4）总结
（1）正数的原码、反码、补码都一样，三码合一。
（2）负数的反码：它的原码符号位不变，其它位取反（0 -> 1，1 -> 0）；负数的补码：
它的反码+1。
（3）0 的反码，补码都是 0。

5.3.3 计算机为什么用补码

5.3.4 计算案例

需求：计算 10 – 12，使用补码描述计算机内部的计算过程。

第六章 数据类型

程序的主要目的就是对数据进行计算和处理，为了方便数据的管理，通常会对数据进行
分类。就像根据容器的容量和形状不同，可以分成大杯中杯、大碗小碗等，不同的容器适合
装不同的东西。

C 语言根据数据的特性和用途进行了类型划分，不同类型的数据在内存中占据不同大小
的空间。
 

6.1 整数类型

（1）基本介绍
整数类型简称整型，就是用于存放整数值的，比如：12，30，3456 等。
（2）整型的类型

关于存储大小单位：
bit（位）：计算机中的最小存储单位，表示一个二进制位。
byte（字节）：计算机中基本存储单元，1byte = 8bit。

（3）整型注意事项
     1）各类型存储大小受到操作系统、编译器、硬件平台的影响。
     2）整型分为有符号 signed 和无符号 unsigned 两种，默认是 signed。
     3）开发中使用整型一般用 int 型，如果不足以表示大数，可以使用 long long。
     4）字面量后缀
 字面量是源代码中一个固定值的表示法，用于直接表示数据，如图所示：

 1）一个整数字面量默认是 int 类型。
 2）如果需要表示 long 类型字面量，需要添加后缀 l 或 L。
 3）如果需要表示 long long 类型字面量，需要添加后缀 ll 或 LL。
 4）如果需要表示无符号整数字面量，需要添加后缀 u 或 U， 注意， u 和 l 可以
结合使用，不分先后，如 ul（无符号 long 类型）、ULL（无符号 long long 类型），lu（无
符号 long 类型） 等。

（5）格式占位符
        1）%d 对应 int 类型，%u 对应 unsigned int 类型。
        2）%ld 对应 long 类型，%lu 对应 unsigned long 类型。
        3）%lld 对应 long long 类型，%llu 对应 unsigned long long 类型。

（6）代码演示：

#include<stdio.h>

int main()
{
	//short 类型
	short a1 = 10;//等同于signed short a1 = 10;
	short a2 = 20;//等同于signed short a1 = -10;
	unsigned short a3 = 20;
	printf("a1=%d;a2=%d;a3=%d\n", a1, a2, a3);

	//int 类型
	int b1 = 100;
	int b2 = -200;
	unsigned int b3 = 200u;
	unsigned b4 = 300u;//等同于unsigned int b4 = 300u
	printf("b1=%d;b2=%d;b3=%d;b4=%d\n", b1, b2, b3,b4);

	//long类型
	long c1 = 10000l;
	long c2 = -39484l;
	unsigned long c3 = 32424ul;
	printf("c1=%ld;c2=%ld;c3=%ld\n", c1, c2, c3);

	//long long 类型
	long long d1 = 2323232ll;
	long long d2 = -324242424ll;
	unsigned long long d3 = 432412412ull;
	printf("d1=%d;d2=%d;d3=%d", d1, d2, d3);

	return 0;
}

a1=10;a2=20;a3=20
b1=100;b2=-200;b3=200;b4=300
c1=10000;c2=-39484;c3=32424
d1=2323232;d2=-324242424;d3=432412412
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（7）精确宽度类型
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。程序员有时需要精准的字节宽度，以提高代码的可移植性，尤其是嵌入式开发中，使用
精确宽度类型可以确保代码在各种平台上的一致性。

标准库的头文件 <stdint.h> 中定义了一些新的类型别名，如下：

上面这些都是类型别名，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 。
示例代码：

#include<stdio.h>
#include<stdint.h>
int main()
{
	//变量x32声明为int32_t类型，可以保证是32位（4个字节）的宽度
	int32_t x32 = 4543423432;
	printf("x32=%d", x32);

	return 0;
}

x32=248456136
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6.2 浮点类型

（1）基本介绍
浮点类型可以表示一个小数，比如：123.4，7.8，0.12 等。
（2）浮点型的类型

（3）浮点型注意事项
          1）各类型的存储大小和精度受到操作系统、编译器、硬件平台的影响。                                           2）浮点型数据有两种表示形式。
                  十进制数形式：如：5.12、512.0f、.512（0.512 可以省略 0）
                  科学计数法形式：如：5.12e2、5.12E-2
        3）开发中用到浮点型数字，建议使用 double 型，如精度要求更高可以使用 long double
型。                                                                                                                                                     （ 4）字面量后缀
         1）浮点数字面量默认是 double 型，
         2）如果需要表示 float 类型字面量，须加后缀 f 或 F。
         3）如果需要表示 long double 类型字面量，需加后缀 l 或 L。
（5）格式占位符
在 C 语言中，占位符是一种用于格式化输出的特殊字符，通常用于 printf() 等输出函
数中，用于指定输出的格式和内容。
          1）%f 是浮点类型的格式占位符，在 printf 中对应 double 类型（float 类型会转换成
double 来处理）；默认会保留 6 位小数，可以指定小数位数，如：%.2f 表示保留 2 位小数。
         2）%lf 在 printf 中和 %f 意思相同（C99 标准加入），也对应 double 类型，默认保留
6 位小数，可以指定小数位数，如：%.2lf 表示保留 2 位小数。但需要注意的是，在 scanf
中 %lf 和 %f 含义不同：输入一个 float 类型数据时使用 %f；而输入 double 类型时必须使
用 %lf。
        3）%Lf 对应的是 long double 类型，默认保留 6 位小数，可以指定小数位数，
如： %.2Lf 表示保留 2 位小数。需要注意的是，输入输出 long double 类型都必须使
用 %Lf 占位符。
      4）%e 对应科学计数法表示的浮点数，可以指定尾数部分所保留的小数位数，
如 %.2e 表示尾数部分保留两位小数。

代码演示：

#include<stdio.h>

int main()
{
	//double类型
	double a1 = 3.1415;
	double a2 = .21242;
	double a3 = -2e12;
	double a4 = 1.9738e4;
	printf("a1=%f;a2=%.10;a3=%.2lf;a4=%lf\n", a1, a2, a3, a4);
	printf("a1=%e,a2=%.2e,a3=%e,az4=%e\n", a1, a2, a3, a4);

	//float类型
	float b1 = 3.1415f;
	float b2 = .12324f;
	float b3 = -2e12f;
	float b4 = 1.97867e2f;
	printf("b1=%f,b2=%f,b3=%.0f,b4=%f\n", b1, b2, b3, b4);
	printf("b1=%e,b2=%.2e,b3=%e,b4=%e\n", b1, b2, b3, b4);

	return 0;


}

a1=3.141500;a2=;a3=0.21;a4=-2000000000000.000000
a1=3.141500e+00,a2=2.12e-01,a3=-2.000000e+12,az4=1.973800e+04
b1=3.141500,b2=0.123240,b3=-1999999991808,b4=197.867004
b1=3.141500e+00,b2=1.23e-01,b3=-2.000000e+12,b4=1.978670e+02

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6.3字符类型

（1）基本介绍
字符类型 char 可以表示单个字符，如一个数字、一个字母、一个符号。
（2）注意事项
        1）char 类型的字面量是用单引号括起来的单个字符。
        2）可以使用转义字符 \ 表示特殊含义的字符。

        3）多个字符称为字符串，在 C 语言中使用 char 数组表示，数组不是基本数据类型，
而是构造类型，我们后续专门讲解。

（3）格式占位符
使用%c 表示 char 类型。
4）字符类型本质
（1）C 语言中，char 类型本质是一个整数，是 ASCII 码中对应的数字，存储长度是 1
个字节，char 类型也可以进行数学运算。
（2）字符型同样分为 signed char（无符号）和 unsigned char（有符号），其中 signed char
取值范围-128 ~ 127，unsigned char 取值范围 0 ~ 255。默认是否带符号取决于当前运行环境。
（3）字符型数据在计算中存储和读取的过程：

（5）ASCII 码介绍
ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码是一种用于表示文本字符
的字符编码标准，一共规定了 128 个字符的编码，比如空格“SPACE” 是 32（二进制
00100000），大写的字母 A 是 65（二进制 01000001）。
 

（6）代码演示：

#include<stdio.h>

int main()
{
	//char类型字面量需要使用引号包裹
	char a1 = 'A';
	char a2 = '9';
	char a3 = '\t';
	printf("c1=%c,c3=%c,c2=%c\n", a1, a2, a3);

	//char 类型本质上整数可以进行运算
	char b1 = 'b';
	char b2 = 101;
	printf("%c->%d\n", b1, b2);
	printf("%c->%d\n", b2, b1);
	printf("%c+%c\n", b1, b2);

	//char类型取值范围
	unsigned char c1 = 200;
	signed char c2 = 200;
	char c3 = 200;
	printf("c1=%d,c2=%d,c3=%d", c1, c2, c3);

	return 0;





}

c1=A,c3=9,c2=
b->101
e->98
b+e
c1=200,c2=-56,c3=-56
D:\c-code\Project1\x6

6.4 布尔（bool）类型

（1）基本介绍
布尔值用于表示真、假两种状态，通常用于逻辑运算和条件判断。
（2）声明布尔类型的三种方式
         1）C89 标准没有定义布尔类型，判断真假时以 0 为假，非 0 为真 ，但这种做法不直
观，我们一般需要借助 C 语言的宏定义。

#include<stdio.h>
//宏定义
#define Bool int 
#define TURE 1
#define FALSE 0

int main()
{
	//使用整形数表示真假两种状态
	//int isPass=0;
	//int Ok=1;
	
	//借助宏定义
	Bool IsPass = FALSE;
	Bool IsOk = TURE;

	printf("isPass=%d,IsOk=%d\n", IsPass, IsOk);

	if (IsPass)

	{
		printf("Pass");

	}
	if (IsOk)
	{
		printf("ok");
	}

	return 0;
}

isPass=0,IsOk=1
ok
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         2）C99 标准提供了_Bool 型，_Bool 仍是整数类型，但与一般整型不同的是，_Bool
变量只能赋值为 0 或 1，非 0 的值都会被存储为 1。

#include <stdio.h>
#include<stdbool.h>
int main()
{
	// 使用 _BOOL 类型
	_Bool isPass = 0;
	//_Bool isOk = 1;
	_Bool isOk = -4;
	printf("isPass=%d, isOk=%d\n", isPass, isOk);
	if (isPass)
	{
		printf("Pass");
	}
	if (isOk)
	{
		printf("Ok");
	}
	return 0;
}

isPass=0,IsOk=1
ok
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6.5 获取数据的存储大小

     使用 sizeof 可以获取数据类型或变量、字面量的存储大小，单位是字节。sizeof 返回一
个 size_t 类型的无符号整数值，格式占位符是 %zu。
    size_t 通常是 unsigned int 或 unsigned long 的别名，具体是哪个类型的别名，由系统
和编译器决定。

#include<stdio.h>

int main() 
{
	//计算数据类型的大小，必须使用括号将数据类型包裹起来
	printf("char:%zu\n", sizeof(char));//char:1
	printf("short:%zu\n", sizeof(short));//int:2
	printf("int:%zu\n", sizeof(int));//int:4
	printf("long:%zu\n", sizeof(long));//long:4
	printf("long long:%zu\n", sizeof(long long));//long long:8
	printf("float:%zu\n", sizeof(float));//float:4
	printf("double:%zu\n", sizeof(double));//double:8
	printf("long double:%zu\n", sizeof(long double));//long double:16

	printf("\n");
	
	//计算字面量数据的大小，字面量可以省略
	printf("%zu\n", sizeof('a'));//4
	printf("%zu\n", sizeof(413));//4
	printf("%zu\n", sizeof(4.13));//8
	printf("\n");

	//计算变量的大小，变量可以省略括号
	char a = 'A';
	int b = 90;
	long long c = 100;
	double d = 10.8;
	printf("a:%zu\n",sizeof(a));
	printf("b:%zu\n", sizeof(b));
	printf("c:%zu\n", sizeof(c));
	printf("d:%zu\n", sizeof(d));

	return 0;
}

char:1
short:2
int:4
long:4
long long:8
float:4
double:8
long double:8

1
4
8

a:1
b:4
c:8
d:8

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6.6 数据类型转换

6.6.1 自动类型转换（隐式转换）

6.6.1.1运算过程中的自动类型转换

不同类型的数据进行混合运算，会发生数据类型转换，窄类型会自动转为宽类型，这样
不会造成精度损失。
（1）转换规则
        1）不同类型整数进行运算，窄类型整数自动转换为宽类型整数。
        2）不同类型浮点数进行运算，精度小的类型自动转换为精度大的类型。
        3）整数与浮点数进行运算，整数自动转换为浮点数。
（2）转换方向

案例：

#include<stdio.h>

int main()
{

	//整形提升
	short s1 = 10;
	int n1 = 40000;
	//运算过程中，变量 s1 是 short 类型，会自动转换成 int 类型
	printf("10+40000=%d\n", s1 + n1);

	//有符号整形自动转换成无符号整形
	//int n2 =-100
	int n2 = -100;
	unsigned int n3 = 20;
	//负数转换成无符号整数，两者绝对值的和是无符号整数的最大值再加1
	printf("-100+20=%u\n", n2 + n3);

	//不同类型的浮点数运算，精度低的转换精度高的
	float f1 = 1.25f;
	float f2 = 4.478634;
	printf("1.25+4.478634=%.10f\n", f1 + f2);

	//整型与浮点型运算，整形转化为浮点型
	int n4 = 10;
	double d3 = 1.67;
	printf("10+1.67=%f", n4 + d3);

	return 0;
}

10+40000=40010
-100+20=4294967216
1.25+4.478634=5.7286338806
10+1.67=11.670000
D:\c-code\Project1\x64\Debug\3-14.exe (进程 9868)已退出，代码为 0 (0x0)。
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每日一测-day-2

1. 【计算题】将十进制数 42 转换为二进制表示。
【答案】
101010
【解析】
（1）使用除以 2 法，将 42 除以 2，得到商 21 和余数 0。
（2）将商 21 再次除以 2，得到商 10 和余数 1。
（3）重复此过程，直到商为 0。最终得到的余数反向排列就是二进制表示。
（4）42 的二进制表示为 101010。
 

2. 【计算题】将二进制数 110110 转换为十进制表示。
【答案】
54
【解析】
（1）从右往左，分别为每位赋予 2 的幂次，从 0 开始。
（2）对每位乘以对应的 2 的幂次，并求和。
（3）计算：0*2^0 + 1*2^1 + 1*2^2 + 0*2^3 + 1*2^4 + 1*2^5 = 0 + 2 + 4 + 0 + 16 + 32 = 54。
（4）110110 的十进制表示为 54。

3. 【计算题】将二进制数 1101 转换为十六进制表示。
【答案】
D
【解析】
（1）先将二进制数转换为十进制数，得到 13。
（2）再将十进制数 13 转换为十六进制，得到 D。
（3）1101 的十六进制表示为 D

4. 【计算题：】将十六进制数 1A3 转换为二进制表示。
【答案】
000110100011 或者 110100011
【解析】
（1）十六进制数的 1 对应十进制的 1，A 对应十进制的 10，3 对应十进制的 3。
（2）将每个部分分别转换为二进制数，得到 0001（1）、1010（A）、0011（3）。
（3）连接这三个部分，得到 000110100011。
（4）1A3 的二进制表示为 000110100011。

5. 【计算题】有十进制数-8，请用八位二进制小数表示的它的原
码、反码、补码
【答案】
原码：10001000
反码：11110111
反码：11111000

6. 【问答题】请将下列数据类型按照所占字节多少从小到大排序
long long、char、int、short
【答案】
char、short、int、long long
【解析】
char 类型占 1 个字节，short 类型占 2 个字节，int 类型占 4 个字
节，long long 类型占 8 个字节。

7.. 【代码题】写出下面代码的运行结果

#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%zu", sizeof(12.5));
return 0;
}

【答案】
    8
【解析】
字面量 12.5 会被识别为 double 类型，double 类型占 8 个字节。

8.【代码题】写出下面代码的运行结果

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
_Bool b1 = -4;
printf("%d", a + b1);
return 0;
}

【答案】
   11
【解析】
C99 标准提供了_Bool 型，_Bool 仍是整数类型，但与一般整型不同的是，_Bool 变量
只能赋值为 0 或 1，非 0 的值都会被存储为 1。

9. 【问答题】有变量 int a 和 short b ，现在 a 和 b 进行运算 a
+ b， 哪个变量会发生数据类型转换，转换为什么类型？
【答案】
变量 b 会发生数据类型转换，转换为 int 类型
【解析】                                                                                                                                                运算过程中，字节宽度较小的类型会自动转换为字节宽度较大的类型。

10. 如果将一个字节宽度较大的类型转为字节宽度较小的类型，可能会造成什
么问题？
【答案】
精度损失
【解析】
字节宽度较大的类型转为字节宽度小的类型，可能会造成精度损失