【程序设计基础】存储单位、传输单位、数据类型

1. 引言

这些基础知识我时常忘记或混淆，因此整理成这篇文章，既作系统梳理，也便于日后查阅。

2. 存储单位

计算机数据存储单位最基础的两个是最小单位“位”和基本单位“字节”，再向上按数量级扩展。

单位	英文/符号	换算关系	说明	进制
位	bit (b)	最小存储单位，取值 0 或 1	最小单位	1 位二进制
字节	Byte (B)	1 B = 8 bit	基本存储单位	8 位二进制 = 2 位十六进制
千字节（十进制）	KB	1 KB = 1000 B	SI 单位	十进制
千二进制字节	KiB	1 KiB = 1024 B	IEC 二进制单位	二进制
兆字节（十进制）	MB	1 MB = 1000 KB	SI 单位	十进制
兆二进制字节	MiB	1 MiB = 1024 KiB	IEC 二进制单位	二进制
吉字节（十进制）	GB	1 GB = 1000 MB	SI 单位	十进制
吉二进制字节	GiB	1 GiB = 1024 MiB	IEC 二进制单位	二进制
太字节（十进制）	TB	1 TB = 1000 GB	SI 单位	十进制
太二进制字节	TiB	1 TiB = 1024 GiB	IEC 二进制单位	二进制

注意：

• KB 严格按十进制：1000 字节。
• KiB 严格按二进制：1024 字节。
• 但很多软件/老习惯里写“KB”实际按 1024 算，所以看到 KB 要结合上下文判断。

3. 传输单位

下表把 SI 十进制单位与 IEC 二进制单位并列，便于对照；网络速率通常用十进制，操作系统显示容量常用二进制。

类别	单位	符号	换算关系	说明
传输速率	比特每秒	bps	1 bps = 1 bit/s	网络带宽常用单位
传输速率	千比特每秒	Kbps	1 Kbps = 1000 bit/s	网络速率通常用十进制
传输速率	兆比特每秒	Mbps	1 Mbps = 1000 Kbps	常见宽带/网络速率
传输速率	吉比特每秒	Gbps	1 Gbps = 1000 Mbps	高速网络速率
传输速率	太比特每秒	Tbps	1 Tbps = 1000 Gbps	骨干网/高速网络
传输速率	字节每秒	B/s	1 B/s = 8 bit/s	文件下载速度常用
传输速率	千字节每秒（十进制）	KB/s	1 KB/s = 1000 B/s	SI 单位
传输速率	千二进制字节每秒	KiB/s	1 KiB/s = 1024 B/s	IEC 二进制单位
传输速率	兆字节每秒（十进制）	MB/s	1 MB/s = 1000 KB/s	硬盘/下载速度常用
传输速率	兆二进制字节每秒	MiB/s	1 MiB/s = 1024 KiB/s	IEC 二进制单位
传输符号率/调制速率	波特	Baud（Bd）	1 Bd = 1 symbol/s	每秒传输的符号数；不等于 bit/s

注意：

• 小写 b 表示 bit（比特），大写 B 表示 Byte（字节）；1 Byte = 8 bit。
• 网络传输速率通常使用十进制：1 Kbps = 1000 bps；操作系统显示存储容量时常使用二进制：1 KiB = 1024 B。
• 波特率（Baud rate）表示每秒传输多少个“符号”，单位是 Bd；比特率表示每秒传输多少个 bit，单位是 bps。
• 核心关系：比特率 = 波特率 × 每个符号携带的比特数。例如 QPSK 每符号 2 bit，则 2400 Bd = 4800 bps。
• 波特率本来单位为波特（Baud），意为码元/s。而 bp/s 是比特率的单位，但是在二进制调至下，波特率的值 = 比特率的值，所以两者经常会混为一谈。
• 二进制调制/UART 常见场景下每符号约 1 bit，所以“9600 波特”常被近似理解为 9600 bps，但严格说 Baud 和 bps 概念不同。

4. 数据类型

说明：

• 1 字节（byte） = 8 位（bit）
• C 标准只规定了各类型的最小大小与相对大小关系（如 sizeof(char) == 1、sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long) <= sizeof(long long)），具体字节数由编译器和平台（数据模型）决定。
• 表中“典型字节数”以常见平台为准：32 位平台（ILP32）、64 位 Linux/macOS（LP64）、64 位 Windows（LLP64）。
• 可用 sizeof(类型) 查看当前平台实际大小，单位为字节。

4.1 基本数据类型

数据类型	说明	典型字节数	位数	典型取值范围 / 精度
_Bool / bool（C99，需 <stdbool.h>）	布尔类型（存储 1 字节，取值仅用 1 位）	1	8	0 或 1
char	字符型（符号性由实现定义）	1	8	-128 ~ 127 或 0 ~ 255
signed char	有符号字符	1	8	-128 ~ 127
unsigned char	无符号字符	1	8	0 ~ 255
short / short int / signed short	短整型	2	16	-32,768 ~ 32,767
unsigned short / unsigned short int	无符号短整型	2	16	0 ~ 65,535
int / signed int	整型	4	32	-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647
unsigned int / unsigned	无符号整型	4	32	0 ~ 4,294,967,295
long / long int	长整型	4（32位 / 64位 Windows）8（64位 Linux/macOS）	32 / 64	取决于平台
unsigned long	无符号长整型	4 或 8	32 / 64	取决于平台
long long / long long int（C99）	长长整型	8	64	-9,223,372,036,854,775,808 ~ 9,223,372,036,854,775,807
unsigned long long（C99）	无符号长长整型	8	64	0 ~ 18,446,744,073,709,551,615
float	单精度浮点（IEEE 754 binary32）	4	32	±3.4×10³⁸，约 6~7 位有效十进制数字
double	双精度浮点（IEEE 754 binary64）	8	64	±1.7×10³⁰⁸，约 15~16 位有效数字
long double	扩展精度浮点	8（MSVC）16（x86 Linux，80 位扩展精度 + 填充）	64 / 80 / 128	实现定义，≥ double 精度；80 位精度常存于 16 字节
float _Complex（C99）	单精度复数（实部 + 虚部）	8	64	两个 float 的总位数
double _Complex（C99）	双精度复数（实部 + 虚部）	16	128	两个 double 的总位数
long double _Complex（C99）	长双精度复数（实部 + 虚部）	16 / 24 / 32	128 / 192 / 256	两个 long double 的总位数
void	无类型 / 不完整类型	无大小（不可 sizeof）	—	仅作函数返回/参数或指针目标类型

4.2 定宽整数类型

（stdint.h，C99）

数据类型	说明	典型字节数	位数	取值范围
int8_t / uint8_t	精确 8 位整数	1	8	-128 ~ 127 / 0 ~ 255
int16_t / uint16_t	精确 16 位整数	2	16	-32,768 ~ 32,767 / 0 ~ 65,535
int32_t / uint32_t	精确 32 位整数	4	32	-2.1×10⁹ ~ 2.1×10⁹ / 0 ~ 4.29×10⁹
int64_t / uint64_t	精确 64 位整数	8	64	±9.22×10¹⁸ / 0 ~ 1.84×10¹⁹
int_leastN_t / uint_leastN_t	至少 N 位的最小类型	实现定义	≥ N	实现定义
int_fastN_t / uint_fastN_t	至少 N 位的最快类型	实现定义	≥ N	实现定义
intptr_t / uintptr_t	可容纳指针的有/无符号整数	4 或 8	32 / 64	与指针同宽
intmax_t / uintmax_t	最大宽度整数类型	通常 8	通常 64	标准只保证是最大宽度整数，取值同 long long

4.3 常用标准库类型

（stddef.h / stdint.h / time.h / wchar.h / uchar.h；ssize_t、off_t 为 POSIX）

数据类型	说明	典型字节数	位数	备注
size_t	sizeof 的结果、无符号计数类型	4（32位）/ 8（64位）	32 / 64	无符号
ssize_t	有符号大小类型（POSIX）	4 / 8	32 / 64	非 ISO C 标准
ptrdiff_t	两指针相减的结果	4 / 8	32 / 64	有符号
wchar_t	宽字符类型	2（Windows）/ 4（Linux）	16 / 32	实现定义
char16_t（C11）	UTF-16 代码单元	2	16	<uchar.h>
char32_t（C11）	UTF-32 代码单元	4	32	<uchar.h>
time_t	日历时间	4 / 8	32 / 64	实现定义
clock_t	处理器时间	4 / 8	32 / 64	实现定义
off_t	文件偏移量（POSIX）	4 / 8	32 / 64	实现定义；可用 _FILE_OFFSET_BITS 影响

4.4 派生类型与复合类型

类型形式	说明	存储大小
指针 T *	数据指针 / 函数指针	4 字节（32位）或 8 字节（64位）；与目标类型无关（但 void (*)(void) 与 void * 不保证等宽）
数组 T a[N]	N 个 T 的连续序列	N × sizeof(T)（无填充）
结构体 struct	成员顺序存储	各成员大小之和 + 对齐填充（padding），满足最大对齐要求
联合体 union	成员共享同一块内存	最大成员的大小（再按最大对齐补齐）
位域 struct	按位分配	以“存储单元”计，实际占用取决于实现与成员布局
枚举 enum	整型常量集合	通常 4 字节（等同 int），可由编译器优化或指定底层类型
函数 T f(...)	函数类型	函数类型没有大小（sizeof 不适用），函数体占用代码段；取函数名得到函数指针
_Atomic T（C11）	原子类型	通常等于 sizeof(T)，对齐可能更大

4.5 三种常见数据模型下的整型 / 指针宽度

数据模型	典型平台	int	long	long long	指针	size_t
ILP32	32 位 x86 / ARM	4	4	8	4	4
LP64	64 位 Linux / macOS / Unix	4	8	8	8	8
LLP64	64 位 Windows（MSVC）	4	4	8	8	8

4.6 快速记忆要点

1. 最小存储单位是“位”（bit），基本单位是“字节”（Byte）；1 字节 = 8 位；char 恒为 1 字节。
2. 常用“固定”宽度：char=1、short=2、int=4、long long=8、float=4、double=8。
3. 常见会随平台变化的包括 long、指针、size_t、ptrdiff_t、wchar_t、long double、time_t、off_t 等，32/64 位间可能不同。
4. 需要跨平台确定性宽度时，优先使用 <stdint.h> 的 intN_t / uintN_t。
5. 需要表示大小或下标时用 size_t；需要指针差值时用 ptrdiff_t。
6. 结构体存在内存对齐填充，sizeof(struct) 可能大于成员大小之和。

博客导航

博客导航