大话C语言：第5篇数据类型

最新推荐文章于 2024-07-08 17:25:28 发布

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分类专栏：大话C语言文章标签： c语言开发语言物联网后端

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1 数据类型分类

数据类型指的是用于声明不同类型的变量或函数的一个广泛的系统。数据类型决定了存储占用的空间，以及如何解释存储的位模式。

C语言的数据类型分为以下几类：

基本数据类型：整数类型、字符类型、浮点数类型和布尔类型。
枚举类型：本质上也是算术类型，被用来定义在程序中只能赋予其一定的离散整数值的变量。
void 类型：表示没有值的数据类型，通常用于函数返回值。
聚合类型：数组类型、指针类型和结构体类型。

2 基本数据类型

2.1 整数数据类型

数据类型	字节数	格式符	数据范围	最小值宏	最大值宏
short（短整型）	2	%hd	-215 ~ 215-1 (-32768 ~ 32767)	SHRT_MIN	SHRT_MAX
int（整型）	4	%d	-231 ~ 231-1 (-2147483648 ~ 2147483647)	INT_MIN	INT_MAX
long（长整型）	4	%ld	-231 ~ 231-1 (-2147483648 ~ 2147483647)	LONG_MIN	LONG_MAX
long long（长长整型）	8	%lld	-263 ~ 263-1	LLONG_MIN	LLONG_MAX
unsigned short（无符号短整型）	同 short	%hu	0 ~ 216-1 (0 ~ 65535)	0	USHRT_MAX
unsigned int（无符号整型）	同 int	%u	0 ~ 232-1 (0 ~ 4294967295)	0	UINT_MAX
unsigned long（无符号长整型）	同 long	%lu	0 ~ 232-1 (0 ~ 4294967295)	0	ULONG_MAX
unsigned long long（无符号长长整型）	同 long long	%llu	0 ~ 264-1	0	ULLONG_MAX

由于C 标准没有具体规定以上各类数据所占用的字节数。因此，在不同系统、编译器下，数据类型占用的字节数会有所不同。例如，long 类型，相同的 gcc 编译器下，在 Windows 系统中占 4 字节，而在 Linux 系统中占 8 字节。

为了得到某个类型或某个变量在特定平台上的准确大小，可以使用 sizeof 运算符，语法格式包括以下两种方式：

sizeof(数据类型)：

/*
sizeof(int) 直接打印int类型占用内存大小。
查看sizeof 返回的占用内存大小，需要使用 %lu 格式符
*/
printf("%lu\n", sizeof(int));

sizeof(变量名)：

int var = 100;
/*
sizeof(var) 直接打印var 变量占用内存大小。
查看sizeof 返回的占用内存大小，需要使用 %lu 格式符
*/
printf("%lu\n", sizeof(var));

可以使用 sizeof 查看整数类型占用内存的大小，代码示例：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    // 查看short内存占用
    printf("short占用内存大小 = %lu\n", sizeof(short));
    
    // 查看int内存占用
    printf("int占用内存大小 = %lu\n", sizeof(int));

    // 查看long内存占用
    printf("long占用内存大小 = %lu\n", sizeof(long));

    // 查看long long内存占用
    printf("long long占用内存大小 = %lu\n", sizeof(long long));

    return 0;
}

可以引入头文件 #include <limits.h> 借助宏来查看数据类型在当前平台上对应的最小、最大值，代码示例：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    // 查看short类型最大最小值
    printf("short 最小值 = %hd， 最大值 = %hd\n", SHRT_MIN, SHRT_MAX);
    printf("unsigned short 最小值 = 0 最大值 = %hu\n", USHRT_MAX);
    
    // 查看int类型最大最小值
    printf("int 最小值 = %d，最大值 = %d\n", INT_MIN, INT_MAX);
    printf("unsigned int 最小值 = 0, 最大值 = %u\n", UINT_MAX);

    // 查看long类型最大最小值
    printf("long 最小值 = %ld， 最大值 = %ld\n", LONG_MIN, LONG_MAX);
    printf("unsigned long 最小值 = 0 最大值 = %lu\n", ULONG_MAX);
    
    // 查看long long类型最大最小值
    printf("long long 最小值 = %lld， 最大值 = %lld\n", LLONG_MIN, LLONG_MAX);
    printf("unsigned long long 最小值 = 0, 最大值 = %llu\n", ULLONG_MAX);

    return 0;
}

2.2 浮点类型

在计算机内部以浮点方式表示（小数点是浮动的），因此也叫浮点型。浮点类型包括：

float (单精度)
double (双精度)

浮点数据没有八、十六进制，也没有 unsigned 无符号形式。在计算机底层采用的是近似计算，实现比较复杂，且不同平台处理方式不同。下表列出了关于标准浮点类型的存储大小、取值范围和精度的细节：

类型	字节数	格式符	有效数字	常量后缀
float (单精度)	4	%f	6~7	f
double (双精度)	8	%lf	15~16	无

系统默认看作double 类型。如想指明为 float 类型，需加后缀 f，3.14f。

关于浮点类型有效数字需要注意以下几点：

有效数字6~7：
- 整数部分 + 小数部分 <= 6 位，准确。
- 整数部分 + 小数部分 == 7 位，可能准确，也可能不准确。
- 整数部分 + 小数部分 > 7位。大多不准确。
有效数字15~16：
- 整数部分 + 小数部分 <= 15 位，准确。
- 整数部分 + 小数部分 == 16 位，可能准确，也可能不准确
- 整数部分 + 小数部分 > 16位。大多不准确。

显示小数时，%f 和 %lf 默认保留 6 位小数。

如需指定小数位数，使用格式符 %.nf ，n 为几，表示精确到小数点后几位，会对 n+1 位做 4 舍 5 入。代码示例：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    // 定义20位小数的float变量pi
    float pi1 = 3.14159265358979323846f;
    
    // 定义20 位小数的double变量pi
    double pi2 = 3.14159265358979323846; 

    printf("f=%.20f\n", pi1);
    printf("d=%.20lf\n", pi2);

    return 0;
}

2.3 字符类型

C语言定义 char 类型来表示字符数据。其本质依然是存储数值，因此与数值型类似，也有有符号、无符号之分。占用 1 个字节内存大小。

类型	字节数	格式符	数据范围	最小值宏	最大值宏
char	1	%hhd	-27 ~ 27-1 (-128 ~ 127)	CHAR_MIN	CHAR_MAX
unsigned char	1	%hhu	0~28-1 (0 ~ 255)	0	UCHAR_MAX

2.3.1 ASCII 码

char 类型在程序中，最常用来表示字符。其本质依然是一个数字，但每个值都对应一个固定的字符，共定义了128个字符。称之为 ASCII 码 (American Standard Code for Information Interchange) 美国信息交换标准代码。

ASCII值	控制字符	ASCII值	字符	ASCII值	字符	ASCII值	字符
0	NUL	32	(space)	64	@	96	、
1	SOH	33	!	65	A	97	a
2	STX	34	"	66	B	98	b
3	ETX	35	#	67	C	99	c
4	EOT	36	$	68	D	100	d
5	ENQ	37	%	69	E	101	e
6	ACK	38	&	70	F	102	f
7	BEL	39	‘	71	G	103	g
8	BS	40	(	72	H	104	h
9	HT	41	)	73	I	105	i
10	LF	42	*	74	J	106	j
11	VT	43	+	75	K	107	k
12	FF	44	,	76	L	108	l
13	CR	45	-	77	M	109	m
14	SO	46	.	78	N	110	n
15	SI	47	/	79	O	111	o
16	DLE	48	0	80	P	112	p
17	DCI	49	1	81	Q	113	q
18	DC2	50	2	82	R	114	r
19	DC3	51	3	83	S	115	s
20	DC4	52	4	84	T	116	t
21	NAK	53	5	85	U	117	u
22	SYN	54	6	86	V	118	v
23	TB	55	7	87	W	119	w
24	CAN	56	8	88	X	120	x
25	EM	57	9	89	Y	121	y
26	SUB	58	:	90	Z	122	z
27	ESC	59	;	91	[	123	{
28	FS	60	<	92	\	124	\|
29	GS	61	=	93	]	125	}
30	RS	62	>	94	^	126	~
31	US	63	?	95	_	127	DEL

注意：我们从键盘键入的所有内容都是字符。如，键入数字 1，实际是字符 ‘1’，真正存储在计算机内的是 49（字符 1 的 ASCII 码值），而如果我们键入了 35，实际上这是两个字符。真正存储在计算机内的是 51 和 53（字符 3 和字符 5 的 ASCII 码值）。我们可以用 printf 结合格式符 %c，显示字符。如果用 %d，就显示其 ASCII 值了。代码示例：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char ch = 53;
    printf("ASCII为：%d, 字符为：%c\n", ch, ch);
    return 0;
}

2.3.2 转义字符

C 语言提供了一类特殊的字符，是由 \ 和特定字符组合而成，称之为转义字符。它们都是一个字符，例如：

‘\n’ 这是 1 个字符。代表回车换行（回车键）。
‘\t’ 也是 1 个字符。代表制表符（Tab键）。
‘\b’ 同样是 1 个字符。代表退格符（Backspace 键）。
‘\0’ 是一个字符。代表空。对应 ASCII 值 0。
‘\ddd’ 是一个字符。ddd 对应 3 个八进制数（没有用 0 开头）。如：\141 对应 ASCII 值为 97，代表 ‘a’。
‘\xhh’ 是一个字符。x 表十六进制，hh 对应 2 个十六进制数。如：\x41 对应 ASCII 值为 65，代表 ‘A’。

\ 还可以在特定环境下，将一个字符还原其本身意。例如，现在想在 printf(“%d\n”，10)；输出 10 的时候，用 “” 把 10 包裹住。如果直接写 printf(“ “%d” \n”，10)；是会报错的。这时，可以使用 \" 将 “ 进行转义，还原其本身意。

printf("\"%d\"", 10);  // 这里的 \" 看作一个双引号字符。

类似的还有：

\' 代表单引号。
\\ 代表反斜杠。

2.3.3 字符输入输出

C 语言提供了专门的函数，方便在程序中获取、输出字符数据。

getchar()：获取用户从键盘写入的一个字符。
- 程序执行到 getchar() 会暂停，等待用户键入字符数据。
- 一次 getchar() 调用，只读取一个字符。如用户键入多个字符，需要多次调用 getchar()读取。
- 函数调用完成，会返回实际读到的字符对应的 ASCII 值。
- 用户键入字符结束，敲的回车键，对应‘\n’ 字符，也可以使用 getchar() 读取。

int ret = getchar();

putchar(ch)：将 ch 对应的字符，输出到屏幕。
- ch 可以是变量也可以是常量。
- 一次 putchar() 调用，只写出一个字符（不含换行符 ‘\n’）。
- 函数调用完成，会返回实际写出的字符对应的 ASCII 值。

char ch = 'A';
int ret = putchar(ch);

2.4 布尔类型

C语言在设计之初是没有真正意义上的布尔类型的，使用 1 和 0，对应表示真、假。但是，其他编程语言像 C++、java 都设计有布尔数类型。 C语言在1999 年推出的新标准（C99）中，也加入了布尔类型。用 true 来代表 1，为真；用 false 来代表 0，为假。使用时，需要引入头文件 #include <stdbool.h>

#include <stdbool.h>

int main(void)
{
    printf("%d, %d\n", true, false);
    return 0;
}

虽然语法上与其他语言一致，但 C 语言每次在使用时需先引入头文件，较为麻烦。因此，一些工程师还是喜欢直接在程序中用 1 和 0 来表示真和假。

3 基本类型转换

基本类型转换是将一个数据类型的值转换为另一种数据类型的值。C 语言中有两种类型转换：

隐式类型转换：隐式类型转换是在表达式中自动发生的，无需进行任何明确的指令或函数调用。它通常是将一种较小的类型自动转换为较大的类型，例如，将int类型转换为long类型或float类型转换为double类型。隐式类型转换也可能会导致数据精度丢失或数据截断。

int i = 10;
float f = 3.14;
double d = i + f; // 隐式将int类型转换为double类型

显式类型转换：显式类型转换需要使用强制类型转换运算符（type casting operator），它可以将一个数据类型的值强制转换为另一种数据类型的值。强制类型转换可以使程序员在必要时对数据类型进行更精确的控制，但也可能会导致数据丢失或截断。

double d = 3.14159;
int i = (int)d; // 显式将double类型转换为int类型