对于C语言中数据类型的介绍与理解

对于数据类型的介绍与理解

l 对于“数据类型”的理解

每一个变量都是一块空间，数据以二进制的形式存储在这块空间中，而每个变量所占的字节声明了其所占的内存大小，如int与float类型都占用4个字节的空间，他们的区别在于数据类型不同，数据类型规定了对于内存中数据的解读方式，正因如此，int与float才是两种不同的类型，都有各自存在的意义，同样都是四个字节，从实质上他们所能存储的二进制数据完全相同，但解读方式不同，他们的内容也就不同，所表示的内容也不同。后面的内容将以此理念为基础。

l 对变量、常量、表达式的理解

变量本质上是一块内存空间，定义一个变量就好像是在内存中开辟了一块空间，对于这块空间我们的权限比较大，可以读出数据，也可以写入数据，所以我们称之为变量。根据变量类型的不同，分配的空间的大小也不同，就像宾馆里的房间，有单人间、双人间、豪华间等等。

常量本质上也是一块内存空间，与变量的区别在于，我们对于这块内存空间管理的权限比较小，只能读出数据，而不能写入，常量的内容在被定义时就确定了，中间不能被改变。对于常量不要认为只有define、const定义的才是，常量的范围广着呢，比如int a=1；这里的1就是一个整数型常量，这样的常量也都有一个默认的数据类型，比如这里的1就是int型，如果是1.1的话，默认都是double型（注意不是float），这样理解可以避免很多错误。

变量、常量再加上一些运算符就构成了表达式，所谓运算符，如+-*/，当然C语言中还有更多其他运算符。表达式的本质上也可以看做一个变量，如1+2这样一个表达式，他就好像一个整数型的变量3，在内存中占4个字节，而表达式与一般的变量也有区别，他相当于一个中间变量，也就是他只是临时出现一下，使用完之后瞬间就没了，但是不能小看这一瞬间，就是因为这一瞬间的出现，他就必须受到作为变量应该受到的限制，如不能超越极值，否则就会溢出，举个例子如2018*2018*2018*2018*2018这么一个表达式，他的实际值已经超过了4字节整数型int所能存储的极限值，这时候就会出现问题了，所以说，表达式本质上也是一个变量。对于表达式的理解，不要停留在1+2,3*5等加减乘除的级别，C语言中的表达式类型很多，它的值也不一定的是整数型。

l C语言中的数据类型

C语言中常用的数据类型有以下几个：

char short int long float double

还有一些其他数据类型：

unsigned char、unsigned int等无符号修饰

long long、long double字节更多，适用于某些情况

还有一些偶尔用到的数据类型：

bool（布尔）、wchar_t（宽字符）

 

l 对于数据类型转换的理解与介绍

个人认为数据类型转换的本质是：内存重新分布。

举个例子，比如float型的1.1转换为int型则为1,而实际上，float与int型都为四个字节，1.1在float型变量中的二进制分布与1在int型中的二进制分布是不同的，在类型转换的过程中就会重新分布内存，使1.1的内存变为1的内存，从而实现类型转换。其他类型转换各不相同，但都遵循此理。

C语言中数据类型转换大体分为两种，一是自动转换，而是强制转换。

在表达式中，当运算符操作的多个变量或者常量的类型不同时，系统将自动进行数据类型转换，比如：表达式1+1.1。1作为整数型常量，当他与double型常量1.1相加时，会被转成1.0的double型，然后再相加，得到2.1。像这样在运算中系统自动进行的类型转换就是自动转换，一般的自动转换遵循的原则就是不损失精度，比如刚才的1+1.1。如果是把1.1转为int型，结果就是2，这样做就损失了精度，所以这样的自动转换是有一定的原则的：低字节转为高字节，极限范围小转为极限范围大。具体的转换也可参考下图：

其中向左的箭头表示必定转换，向上的箭头表示类型不同时转换。

所谓必定转换，就是只要出现在表达式中就转换，即使是两个同类型相加也会转换。

l 关于补码的知识

十进制数有正负之分，如1和-1，但所有数据本质上都是以二进制存储在内存中的，对于负数，也有专门的储存方法，比如我们要在int中存一个-1，那么先把1的二进制表示出来就是：00000000000000000000000000000001，我们称这种直接把十进制数用二进制表示出来的称作原码，如果表示负数，我们要把第一位改为1，就是：10000000000000000000000000000001（不懂的话下面关于有符号与无符号有详细解释），这个二进制称为反码，但实际上在内存中-1的表示并不是10000000000000000000000000000001，而是11111111111111111111111111111110，先说一下这个是怎么得到的，第一位的1不变，后面的每一位都取反（就是0换成1,1换成0），就能得到这样一组二进制数据，这样经过原码变反码，反码再变化得到的就是补码，实际的-1在int的32位（4个字节）中存储方式也就是这样。

关于为什么在计算机中不使用反码而是用补码来表示负数，这里有一个好处就是：做运算的时候，补码更方便。比如：要计算1+（-1），如果使用反码表示的-1，程序在运算的时候就要先判断数字是正还是负，如果是负还要进行转换，然后才能相加，而如果负数使用补码表示的，就可以直接进行运算，不论是正数还是负数运算，都能得到正确答案，这一点可以自己验证。

l 关于内存分布与极值

有符号与无符号（unsigned）的内存分布与极值

以char型为例。char占一个字节，八个位，默认为有符号类型。char类型是字符型，计算机表示字符的方式是通过ASCII码表对照着用数字代表字符，所以char型内存中的二进制数据所对应的十进制数在ASCII码表中对应的字符即为char型字符。

有符号类型的时候，char的八个位中第一个位是符号位（0代表正，1代表负），后七个位是数据位表示实际的内容。所以01111111（2）即为有符号char型的最大值，对应的十进制是127；对于有符号char型的最小值，肯定是一个负数，根据补码的知识，他的最小值是-128。

而对于无符号的char，八个位都为数据位，没有符号位，所以他的最大值就是11111111（2），对应的十进制是255，最小值就是0。

同理，short、int、long型的有无符号的区别于char相同，区别在于他们所占的字节可能不同。

浮点型数据的内存分布

上面说了有符号数与无符号数在内存中的分布，从中可以看出同样的内存分布，其所表达的含义实际上是不同的，原因在于解释方式的不同，按照有符号解释与无符号解释有可能是两种含义，浮点型也有他自己的存储方式。下面以float型为例。

对于浮点型数据，他在计算机中存储是按照二进制的科学计数法存储的，下面举个例子，比如1.25，十进制的1.25转为二进制就是1.01（转换方法不会的看进制转换文章），用二进制表示就是1.01*2^0，当然这个例子比较特殊，如果是11.101的话，我们需要写成1.1101*2^1；如果是0.11101，也需要将小数点后移为1.1101*2^(-1)。对于1.25对应的1.01*2^0，01就是尾数，0就是指数，为正说明符号位是0，这里有一点需要切记，就是虽然这里的指数为0，但实际上指数是有可能为负数的，指数位一共占8个位，明显它里面既要存储有正数也要有负数，这时候我们可能就考虑到用补码的方法来表示负数，跟上面的有符号类型一样，但实际上这里表示负数的方法与上面所提到的有符号是不同的，这里他将所有的数表示为原数字加127取二进制，相当于做了一个整体偏移，比如0就是0+127取二进制，这样的话负数也可以存储在指数位，这样存储有一个好处就是便于比较大小，因为对于浮点数，在运算的时候实际上并不像整数那样直接运算，而是经过一定处理，本身就是很麻烦的，即使使用补码的方式也不能简化其运算，而使用这种方法虽然不能简化运算，却可以简化比较大小，补码在比较大小上就很麻烦了，所以这里并未使用补码的方式来存储指数位中的负数，具体在内存中的存储方法看下面。

float在内存中占4个字节，32个位，在内存中他是这么规定的：

1位符号位、8位指数位、23位尾数位

按照上面的例子1.25的二进制科学计数法表示为：1.01*2^0，01，最高位的1是不变的，所以不需要存储，这里的符号位为0，指数位就是0+127的二进制，即1111111，尾数位就是小数点后面的部分01，所以1.25在内存中存储为：
0 01111111 00000000000000000000001  共计32位。

 

上面就是我对数据类型的认识。