关于int(4字节)的取值范围由来(-2^31~2^31-1)问题

本文详细解释了4字节整型变量(int)的取值范围为何为-2^31到2^31-1。通过二进制表示、补码计算等原理,清晰地展示了这一范围的由来。

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——关于int(4字节)的取值范围由来(-2^31~2^31-1)?
1.【32位】一个字节占8位,所以4字节总共是占32位,然后去掉第一位,也即符号位(1:负,0:正),也就剩下31位!

2.【最大值:2^31-1】为什么不是2^31?

(1)假设只有三位,其中首位为符号位的话,最大值的情况不就是011吗?也即表示3.
3 = 2^(3-1)-1.

(2)32位的时候同理,01111111 11111111 11111111 11111111 //而这个数表示的值就是2^31-1.
2^31-1 = 2^(32-1)-1.

3.【最小值:-2^31】为什么不是-(2^31-1)?

(1)因为数据是由二进制补码存储的:
1)当原码为正数的时候,正数的原码反码补码都相同,即00011的反码也为00011,补码也为00011.
2)当原码为负数的时候,反码即按位取反,比如10011为原码,10011可表示-3,那么符号位不变,其余位按位取反即反码11100.那么10011的补码便是11101.

(2)所以可知int所取的最小值原码为:11111111 11111111 11111111 11111111.
它的反码为:10000000 00000000 00000000 00000000. (在原码中表示-0.)
它的补码为:10000000 00000000 00000000 00000001. (在原码中表示-1.)
依次可以类推-2,-3,-4......-2^31!
【推到-2^31】
其原码为10000000 00000000 00000000 00000001 
其反码为11111111 11111111 11111111 11111110
其补码为11111111 11111111 11111111 11111111
从上可知最小值只能表示到-2^31,而无法表示到更小的一位:-2^31-1!


4.【综上所诉,int(4字节)范围是:-2^31~2^31-1】!

(自己对于这个问题也纠结了很久,得出的结论若有不足之处,敬请批评指正,谢谢!)
<think>嗯,用户之前问了关于蓝桥杯单片机的问题,现在转而询问Keil4中long int取值范围。可能需要先确认用户的使用场景。蓝桥杯比赛常用单片机,比如51系列或者STM32,不同的单片机架构在Keil4中使用的编译器可能不同,进而影响数据类型的取值范围。 首先,Keil4本身是一个IDE,但具体的C编译器会根据目标芯片不同而变化。对于51单片机,通常使用C51编译器;而对于ARM架构如STM32,可能使用ARMCC或Clang。不同的编译器对数据类型的处理可能不同。 用户提到的是long int,但需要明确是C51还是ARM编译器下的情况。在C51中,long int通常是4字节范围-2,147,483,648到2,147,483,647。而如果是ARM编译器,可能也是类似的,但需要确认是否使用了不同的编译选项,比如是否启用了C99标准或者不同的数据模型。 此外,用户可能是在编程时遇到了溢出或者数值不准确的问题,需要了解数据类型的范围来避免错误。需要提醒用户注意不同编译器下的差异,以及可能的隐式类型转换问题。 另外,用户之前的询问涉及硬件相关的电压值,现在转向软件开发环境的数据类型,可能是在项目中同时涉及硬件和软件调试。需要给出明确的取值范围,并建议查阅编译器文档以确认,同时举例说明如何验证,比如使用sizeof运算符或者查看limits.h头文件。 需要确保回答准确,避免混淆不同编译器的差异,同时提供实际的例子帮助用户理解。可能用户对C语言的数据类型在嵌入式系统中的具体实现不太熟悉,因此需要详细解释,并强调编译器的影响。</think>在 **Keil μVision 4**(Keil4)中,`long int` 的取值范围与**编译器类型**和**目标芯片架构**密切相关。以下是详细解析: --- ### 一、核心结论 - **Keil C51 编译器**(用于 51 单片机): `long int` 为 **4 字节**,取值范围:**-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647** (即 $-2^{31} \sim 2^{31}-1$)。 - **Keil ARM 编译器**(如 ARMCC,用于 Cortex-M 系列): `long int` 为 **4 字节**,取值范围与 C51 相同(标准 C 语言规范)。 --- ### 二、详细说明 #### 1. **Keil C51 编译器(8051 单片机)** - **数据类型定义**: - `long int`:4 字节32 位),有符号整数- 二进制补码表示,最高位为符号位。 - **范围公式**: $$ -2^{31} \leq \text{值} \leq 2^{31}-1 $$ 即 **-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647**。 - **验证方法**: 在代码中添加以下语句,观察编译结果或运行时行为: ```c #include <limits.h> printf("LONG_MIN=%ld, LONG_MAX=%ld", LONG_MIN, LONG_MAX); ``` #### 2. **Keil ARM 编译器(Cortex-M 系列)** - **遵循 C 标准**: `long int` 严格遵循 **ISO C 标准**,定义与 C51 一致(4 字节,相同取值范围)。 - **扩展支持**: 若需更大范围,可使用 `long long int`(8 字节范围 $-2^{63} \sim 2^{63}-1$)。 --- ### 三、常见问题 #### 1. **为什么不是 8 字节?** - `long int` 在 **嵌入式系统** 中通常定义为 4 字节,以节省内存和提升效率。 - 若需 8 字节整数,需使用 `long long int`(注意兼容性)。 #### 2. **跨平台移植风险** - 在 PC 编程(如 Visual Studio)中,`long int` 可能为 8 字节(64 位系统)。 - **建议**:使用 `<stdint.h>` 中的明确类型(如 `int32_t`、`int64_t`)避免歧义。 #### 3. **隐式类型转换问题** - 若赋值超出 `long int` 范围,会触发**溢出**(编译器可能不报错,但数值错误)。 - 示例: ```c long int a = 2147483648; // 超出最大值,实际值变为 -2,147,483,648 ``` --- ### 四、总结 - **Keil4 中 `long int` 的固定范围**: **-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647**(4 字节)。 - **关键依赖**: 编译器类型(C51 或 ARM)不影响 `long int` 的定义,但需注意芯片资源限制。 - **推荐实践**: - 需要大范围整数时,使用 `long long int`; - 严格使用 `<stdint.h>` 类型保证代码可移植性。
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