C语言字节数据类型转换

最近总是遇见取数组做位运算的情况，每次都感觉上次学的忘记了...
浅写记录一下

数值的表示

（暂时没涉及到小数，所以目前写的都按照整数）
整数有正负之分，因此数值表示分为符号位和数值位，根据不同精度也分出了char short long等数据类型。

数值表示包括符号位和数值位。
正数符号位为0，原码、反码和补码相同，
负数符号位为1，原码为符号位加绝对值的二进制表示，反码为符号位不变，数值位取反。补码为反码加一。

众所周知，在实际使用过程中有些量可能根本不需要是负数，因此也有unsigned这一前缀来丰富数据类型，即不需要符号位。
【这一点非常关键，这决定了同样的编码在不同的数据类型下到底是几？】
注意：无符号类型没有符号位，全都是非负数。

数据类型的转换

1. 无符号到有符号的转换
   当从一个无符号整数类型转换为一个有符号整数类型时，数值的二进制表示不会改变，但解释方式会发生变化。如果转换后的值超出了目标类型的正数范围，则该值将被视为负数。
   一个 UINT8 值 0xFF（即十进制255），将其转换为 INT16：二进制表示为 00000000 11111111。转换为 INT16 后，这个值仍然是 0x00FF，但是由于它在 INT16 的正数范围内（0 到 32767），所以它的值保持为255。然而，如果将 0xFF（255）直接转换为 INT8：二进制表示为 11111111。在 INT8 中，最高位是符号位，因此 11111111 表示的是 -1（因为这是 -128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = -1）。

2. 有符号到无符号的转换
   当从一个有符号整数类型转换为一个无符号整数类型时，同样地，数值的二进制表示不会改变，但解释方式会变。任何负数都会被解释为一个很大的正数。
   一个 INT8 值 -1，其二进制补码表示为 11111111。将其转换为 UINT8 后，这个值变成255。

3. 不同位宽之间的转换
   当在不同位宽的整数类型之间转换时，可能会发生截断或符号扩展：
   从较小位宽转换到较大位宽：较小的类型可以安全地转换为较大的类型，而不会丢失信息。对于有符号整数，符号位会被复制以填充新的高位（称为符号扩展）。对于无符号整数，高位被填充为0。
   从较大位宽转换到较小位宽：这可能导致截断。超出目标类型范围的高阶位将被丢弃，只保留低阶位。这意味着较大的值可能会被截断成一个小得多的值，或者负数可能会变成一个大正数。

注意：不同的平台字节顺序不一样
字节顺序是指多字节数据类型（如 short、int、long 和 float）在内存中的存储方式。有两种主要的字节顺序：
大端序（Big Endian）：最高有效字节（MSB）存放在最低地址。
小端序（Little Endian）：最低有效字节（LSB）存放在最低地址。
不同的平台可能有不同的字节顺序，跨平台编程时要注意其中的区别。
这种大端小端模式表示的是字节之间的关系，一个字节内顺序还是从左往右数的。

不同数据类型的字节数

在C语言中，不同数据类型占用的字节数取决于具体的编译器和目标平台（如32位或64位系统）。然而，C标准规定了每种基本数据类型的最小大小，并且大多数现代编译器遵循这些规定。以下是一些常见数据类型的典型字节占用情况：
使用 sizeof 操作符来确定特定平台上某个数据类型的大小。

基本整数类型

• char：1字节（8位）
• short int 或 short：至少2字节（通常是2字节）
• int：至少2字节（通常是4字节）
• long int 或 long：至少4字节（通常是4字节在32位系统上，8字节在64位系统上）
• long long int 或 long long：至少8字节

无符号整数类型

• unsigned char：1字节
• unsigned short 或 unsigned short int：至少2字节
• unsigned int：至少2字节（通常是4字节）
• unsigned long 或 unsigned long int：至少4字节
• unsigned long long 或 unsigned long long int：至少8字节

浮点类型

• float：4字节，单精度浮点数，提供大约7位有效数字。
  根据IEEE 754标准，32位浮点数分为三部分：
  符号位（S）：第31位（最左边）
  指数位（E）：第30到第23位（接下来的8位）
  尾数位（F）：第22到第0位（剩下的23位）
  解析时把对应的位数对应上去根据尾数乘以2^指数计算表示的十进制数值。

• double：8字节，双精度浮点数，提供大约15位有效数字。

• long double：至少10字节（具体取决于平台）扩展精度浮点数，具体实现可能不同，常见的有12字节或16字节。
  可以用这个网站转换浮点数和16进制：https://www.toolhelper.cn/Digit/FractionConvert

指针类型

指针的大小取决于目标平台的架构：

• 32位系统：指针通常为4字节。
• 64位系统：指针通常为8字节。

其他类型

• bool（C99引入）：1字节，用于布尔值（true 或 false）。

注：结构体对齐：在结构体中，编译器可能会为了优化访问速度而进行成员对齐，这可能导致结构体的实际大小大于各成员大小之和。