C语言基本笔记（2）——数据类型

整数

类型	存储大小	值范围
char	1 字节	-128 到 127 或 0 到 255
unsigned char	1 字节	0 到 255
signed char	1 字节	-128 到 127
int	2 或 4 字节	-32,768 到 32,767 或 -2,147,483,648 到 2,147,483,647
unsigned int	2 或 4 字节	0 到 65,535 或 0 到 4,294,967,295
short	2 字节	-32,768 到 32,767
unsigned short	2 字节	0 到 65,535
long	4 字节	-2,147,483,648 到 2,147,483,647
unsigned long	4 字节	0 到 4,294,967,295

一、基本存储规则

1. 数据类型大小

C标准定义：int的大小由编译器和目标平台决定，通常为：
- 16位系统：2字节（如8051、部分早期MCU）
- 32/64位系统：4字节（如ARM Cortex-M、ESP32）

验证方法：

printf("int size: %d bytes", sizeof(int)); // 输出实际大小

2. 符号与编码

有符号int（signed int）：
- 使用二进制补码（Two's Complement）表示负数。
- 最高位为符号位（0正1负）。
- 示例：int8_t a = -5 → 二进制：11111011。
无符号int（unsigned int）：
- 所有位用于表示数值（无符号位）。
- 范围：0 到 2ⁿ-1（n为位数）。

二、字节顺序（Endianness）

1. 大端序（Big-Endian）

高位字节在前（低地址存高位）。
常见于网络协议（如TCP/IP）、PowerPC架构。
示例：0x12345678 存储顺序：12 34 56 78。

2. 小端序（Little-Endian）

低位字节在前（低地址存低位）。
常见于x86、ARM Cortex-M。
示例：0x12345678 存储顺序：78 56 34 12。

三、内存对齐

1. 对齐规则

自然对齐：变量地址必须是其类型大小的整数倍。
- int（4字节）地址需为4的倍数（如0x0000、0x0004）。
单片机内存对齐要求：
- 某些架构（如ARM Cortex-M）强制要求对齐，否则触发硬件异常。
  2. 对齐优化
手动填充：通过插入占位字节保证对齐。

四、单片机开发中的实际应用

1. 多字节数据传输（如UART、SPI）

发送端需明确字节顺序：

uint32_t data = 0x12345678;// 按大端序发送
send_byte((data >> 24) & 0xFF); // 0x12
send_byte((data >> 16) & 0xFF); // 0x34
send_byte((data >> 8)  & 0xFF); // 0x56
send_byte( data        & 0xFF); // 0x78

2. 处理外设寄存器

直接地址访问需考虑对齐：

  // 错误示例：未对齐访问（可能导致HardFault）
  volatile uint32_t *reg = (volatile uint32_t*)0x0003; // 地址非4字节对齐
  *reg = 0x12345678;
  // 正确示例：对齐访问
  volatile uint32_t *reg = (volatile uint32_t*)0x0004; // 地址对齐

3. 数据持久化（Flash/EEPROM）

写入前序列化：

uint32_t value = 0x12345678;
uint8_t buffer[4];// 按小端序存储
buffer[0] = (uint8_t)(value);
buffer[1] = (uint8_t)(value >> 8);
buffer[2] = (uint8_t)(value >> 16);
buffer[3] = (uint8_t)(value >> 24);
eeprom_write(buffer, 4);

五、跨平台兼容性建议

使用固定大小类型：

#include <stdint.h>int32_t  data1;  // 明确32位有符号整数
uint16_t data2;  // 明确16位无符号整数

显式处理字节序：

// 主机序转网络序（大端）
uint32_t htonl(uint32_t hostlong) 
{    
return ((hostlong & 0xFF) << 24) |           
       ((hostlong & 0xFF00) << 8) |               
       ((hostlong >> 8) & 0xFF00) |           
       ((hostlong >> 24) & 0xFF);
}

避免未定义行为：

// 错误：通过不同类型的指针访问同一内存
int a = 10;
float *p = (float*)&a; // 违反严格别名规则

// 正确：使用memcpy复制字节
int a = 10;
float b;
memcpy(&b, &a, sizeof(int)); // 安全但需确保类型大小一致

浮点

类型	存储大小	值范围	精度
float	4 字节	1.2E-38 到 3.4E+38	6 位有效位
double	8 字节	2.3E-308 到 1.7E+308	15 位有效位
long double	16 字节	3.4E-4932 到 1.1E+4932	19 位有效位

一、IEEE 754标准核心规则

1. 浮点数组成

所有浮点数按以下三部分存储：

组成部分	作用	位数分配（单精度）	位数分配（双精度）
符号位（Sign）	正负标志（0正1负）	1位	1位
指数（Exponent）	科学计数法的幂次（偏移编码）	8位（范围-127~128）	11位（范围-1023~1024）
尾数（Mantissa）	小数部分（隐含前导1）	23位（精度约7位十进制）	52位（精度约15位十进制）

2. 数值计算公式

单精度（32位）：

\[(-1)^{\text{Sign}} \times (1 + \text{Mantissa}) \times 2^{\text{Exponent} - 127} \]

双精度（64位）：

\[(-1)^{\text{Sign}} \times (1 + \text{Mantissa}) \times 2^{\text{Exponent} - 1023} \]

二、内存布局示例

1. 单精度浮点数（float，32位）

以数字 -6.625 为例：

符号位：1（负数）
二进制科学计数法：-1.10101 × 2² → 尾数部分 10101，指数 2 + 127 = 129（二进制 10000001）

内存结构：

| 1 | 10000001 | 10101000000000000000000 |
  ↑     ↑             ↑
Sign Exponent      Mantissa

十六进制表示：0xC0D40000

2. 双精度浮点数（double，64位）

以数字 3.1415926535 为例：

符号位：0（正数）
二进制科学计数法：1.1001001000011111101101010100010001000010110100011000 × 2¹
指数计算：1 + 1023 = 1024（二进制 10000000000）
内存结构（十六进制）：0x400921FB54442D18

三、特殊值处理

类型	符号位	指数域	尾数域	说明
正零（+0）	0	全0	全0	所有位为0
负零（-0）	1	全0	全0	符号位为1
正无穷（+∞）	0	全1	全0	计算结果溢出
负无穷（-∞）	1	全1	全0	计算结果溢出
NaN	0或1	全1	非全0	无效运算（如√-1）

四、关键开发注意事项

1. 精度陷阱

十进制小数无法精确表示：

float a = 0.1f;        // 实际存储值约为0.10000000149
if (a == 0.1) {}       // 可能判断失败！

解决方案：

使用误差范围比较：

#define EPSILON 1e-6
if (fabs(a - 0.1) < EPSILON) {}

避免用浮点数做精确计数（改用整数放大法）。

2. 字节顺序（Endianness）

浮点数同样受CPU字节序影响：

// 检测浮点数字节序
float f = 1.0f;
uint8_t *p = (uint8_t*)&f;
// 小端序存储为 0x00 0x00 0x80 0x3F
// 大端序存储为 0x3F 0x80 0x00 0x00

3. 内存对齐

单精度（32位）：地址需4字节对齐（ARM Cortex-M要求）

双精度（64位）：地址需8字节对齐

// 错误示例：未对齐访问导致崩溃
char buffer[10];
float *p = (float*)(buffer + 1); // 地址未对齐*p = 3.14f;                          // 可能触发HardFault

4. 性能优化

避免频繁类型转换：

int a = 100;float b = a * 0.1f;    // 优于 float b = a / 10.0f;

使用硬件浮点单元（FPU）：
启用编译器的FPU支持（如ARM的-mfloat-abi=hard）。

五、实战代码：解析浮点数内存


#include <stdio.h>

  

// 联合体直接访问浮点数的字节

typedef union {

    float f;

    uint8_t bytes[4];

} FloatParser;

  

void print_float_bytes(float num) {

    FloatParser parser;

    parser.f = num;

    printf("0x");

    for (int i = 0; i < 4; i++) {

        printf("%02X", parser.bytes[i]);

    }

    printf("\n");

}

  

int main() {

    float f = -6.625f;

    print_float_bytes(f);  // 输出小端序：0x00 00 D4 C0 → 0xC0D40000

    return 0;

}

六、总结

IEEE 754是浮点数的通用标准，包含符号、指数、尾数三部分。
特殊值（如NaN、无穷）有明确编码规则，需在代码中正确处理。
精度问题不可避免，需用误差比较或整数放大法替代精确判断。
内存对齐和字节序直接影响数据可靠性，尤其在跨平台通信中。
性能敏感场景优先使用硬件FPU，避免软件浮点模拟。

void 类型

void 类型指定没有可用的值。它通常用于以下三种情况下：

序号	类型与描述
1	函数返回为空 C 中有各种函数都不返回值，或者您可以说它们返回空。不返回值的函数的返回类型为空。例如 void exit (int status);
2	函数参数为空 C 中有各种函数不接受任何参数。不带参数的函数可以接受一个 void。例如 int rand(void);
3	指针指向 void 类型为 void * 的指针代表对象的地址，而不是类型。例如，内存分配函数 void malloc( size_t size );* 返回指向 void 的指针，可以转换为任何数据类型。

数据类型转换

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。
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。

隐式类型转换实例：

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

显式类型转换实例：

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

posted @ 2025-04-11 19:19 故渊Y 阅读(138) 评论(0) 收藏举报

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