C 语言速通（2）基本数据类型

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C 语言数据类型概览

数据类型，是编程语言的基石。其最初的目的就是为了让程序（开发者）更加充分的利用稀缺的内存资源。随着技术的发展，数据类型也被赋予了更深厚的含义：

1. 用于确定数据对象占用的内存空间大小。
2. 用于确定数据对象的数值范围。
3. 用于规定数据对象所能进行的操作（行为）。

例如：基本整型数据对象占用 4B 的内存空间，数值范围是 [0x0, 0xFFFF FFFF]，可以进行算术运算。

四大数据类型

1. 「基本数据类型」：是 C 语言中最基本的数据类型，它们用于存储基本的数据值，包括：整型、浮点型、字符型和布尔型。
2. 「构造数据类型」：由多个基本数据类型组成，它们用于表示更复杂的数据结构，包括：数组、结构体、联合体和枚举类型。
3. 「指针类型」：用于存储变量或数据的内存地址。
4. 「空类型（void）」：是一种特殊的数据类型，它表示没有值。空类型通常用于表示函数没有返回值，或者指针没有指向任何数据。
5. 「衍生数据类型」：是通过对其他类型进行修改而得到的新类型。C 语言中常见的衍生数据类型包括：常量类型、限定符类型和自定义类型。

基本数据类型取值范围概览

数值类型

整型

整型又可以细分为 int、long、long long 这 3 类。

对于整型数据而言，我们首先需要关心的是整型的进制表示方式，这涉及到数值前缀。

• 「10 进制（默认）」
• 「2 进制（以 0b 开头）」：0b
• 「8 进制（以 0 开头）」：045，021
• 「16 进制（以 0x 开头）」：0x21458adf

而后，因为整型数据有 signed 和 unsigned 之分，以及 int 和 long 之分，这涉及到数值后缀。

• 「u 表示 unsigned」
• 「l 表示 long」

85 /* 十进制 */ 0213 /* 八进制 */ 0x4b /* 十六进制 */ 30 /* 整数 */ 30u /* 无符号整数 */ 30l /* 长整数 */ 30ul /* 无符号长整数 */ 

浮点型

在这里插入图片描述

浮点型可细分为 float（单精度）和 double（双精度）这 2 类，代码写法有所不同：

• 「double（默认）」：2.3
• 「float」：2.3f
• 「long double」：2.3lf

另外，浮点数有 2 种表达方式：

1. 「小数形式」。
2. 「指数形式（科学计数法）」：由数符尾数（整数或小数）、阶码标志（E 或 e）、阶符、整数阶码组成的常数。例如：2.e+001。

3.14159 /* 合法的 */ E-5L /* 合法的 */ 510E /* 非法的：不完整的指数 */ 210f /* 非法的：没有小数或指数 */ .e55 /* 非法的：缺少整数或分数 */ 

示例：

#include <stdio.h> #include <float.h> // 定义了浮点型相关的宏，e.g. FLT_MIN、FLT_MAX 等。 int main(){ printf("float byte: %lu \n", sizeof(float)); printf("float MIN: %E \n", FLT_MIN); // 以指数形式输出单、双精度实数。 printf("float MAX: %E \n", FLT_MAX); printf("float DIG: %d \n", FLT_DIG); return 0; } 

运行：

$ ./main float byte: 4 float MIN: 1.E-38 float MAX: 3.E+38 float DIG: 6 

字符类型

字符型

字符型（Char）数据需要使用单引号 ‘c’ 括起来，占用 1B 内存空间，范围是 [-128, 127] 与 ASCII 码的编号对应。另外，字符型数据本质是一个 “数字“，所以可以和整型数据相互转换。

字符型数据具有 2 种类型：

1. 「一般字符数据」：一个用单引号 ‘ ‘ 括起来的字符。
2. 「转义字符数据」：一个用单引号 ‘ ‘ 括起的，并以反斜杠 ” 开头的字符，用于表示具有特殊功能的字符。

下表列出了转义序列表：

无符号和有符号的区别

只有整型和字符型数据具有无符号和有符号的特性。

对于同一种数据类型而言，有符号的区别就在于具有 “符号位”，所以，虽然两者都占用相同的内存空间，但拥有的数值范围却不同。

例如：若 unsigned char 和 signed char 都占用 1B 的内存空间。那么，signed char 的数值范围为 [-128, 127]，而 unsigned char 的数据范围为 [0, 255]。这是因为有符号类型数据的最高位被用作为符号位。

CPU 平台适配

值得注意的是，C 语言基本数据类型的实际大小还与 CPU 的字长（32bit 还是 64bit）有关。为了让程序对不同的 CPU 具有更好兼容性，C 提供了 sizeof 关键字和 size_t 数据类型。

sizeof 关键字

sizeof 关键字用于获得某个数据类型在当前 CPU 平台上的准确大小（字节数）。

int main() { char stringA[] = "Hello World!\r\n"; printf(" sizeif( char ) = %d\r\n", sizeof(char)); printf(" sizeif( int ) = %d\r\n", sizeof(int)); printf(" sizeif( long int ) = %d\r\n", sizeof(long int)); printf(" sizeif( float ) = %d\r\n", sizeof(float)); printf(" sizeif( double ) = %d\r\n", sizeof(double)); // 注意 stringA 的末尾还存放着 '\0' printf(" sizeif( stringA ) = %d\r\n", sizeof(stringA)/sizeof(char)); return 0; } 

size_t 自定义数据类型

在 C 程序中使用 size_t（size_type）可以有效提高代码的跨平台可移植性和可读性。C 语言原生数据类型并不包含 size_t，而是 C 标准委员会为了解决程序可移植性问题才引入的。sizeof() 函数返回值就是 size_t 类型。

_t 后缀的含义是 type，表明这是 POSIX 或 GNU 保留的一种数据类型，防止命名空间污染（Namespace Pollution）。POSIX 规定 C 语言自身扩展的类型都有 _t 后缀，这样就不会与用户自定义的类型的命名冲突了。

size_t 的定义在 stddef.h、stdio.h、stdlib.h、string.h、time.h 和 wchar.h 这些标准 C 的头文件中，include l了以上任一头文件，则表明 size_t 将作为一个全局关键字。

• 在 32bit CPU 平台中的定义：

typedef unsigned int size_t; 

• 在 64bit CPU 平台中的定义：

typedef unsigned long size_t; 

可见，size_t 是一种无符号的整型（unsigned int、unsigned long、unsigned long long），取值范围是目标 CPU 平台中最大的可能范围。

#include <stdio.h> int main() { printf("Int size: %d", sizeof(int)); } // Int size: 4 

为什么需要额外引入一个 size_t 自定义数据类型呢？本质上是为了弥补整型数据类型在 CPU 地址线宽度不匹配的缺陷。

在 C 语言种，整型数据类型的大小通常会小于等于 CPU 数据线的宽度，例如：int 对应的数据线宽度普遍是 32bit，而地址线的宽度普遍是 64bit。所以引入了 size_t 类型，它通常会大于等于 CPU 地址线宽度，以此来表示 CPU 平台中最大的可能范围。

size_t 数据类型的另一个好处是见名知义，通常只用于表示 “字节大小” 或 “数量”，而不是一个普通的算术值，适当地使用 size_t 会使你的代码变得更加可读。

C 的标准函数中大量使用到了 size_t 类型来表示取值的字节数：

void *malloc(size_t size); void *memcpy(void *s1, void const *s2, size_t size); size_t strlen(char const *s); 

uintX_t 类型

在 C99 标准的 stdint.h 头文件中通过 typedef 定义了 uint8_t、uint_16_t、uint32_t、uint64_t 等数据类型，同样是为了优化跨 64bit 或 32bit CPU 平台的可移植性。

格式化输出符为：

• uint16_t：%hu
• uint32_t：%u
• uint64_t：%llu
• uint8_t：本质是一个 char 类型，所以在输出 uint8_t 类型的变量时，实际上输出了其对应的字符，而不是数值。

#ifndef __int8_t_defined # define __int8_t_defined typedef signed char int8_t; typedef short int int16_t; typedef int int32_t; # if __WORDSIZE == 64 typedef long int int64_t; # else __extension__ typedef long long int int64_t; # endif #endif typedef unsigned char uint8_t; typedef unsigned short int uint16_t; #ifndef __uint32_t_defined typedef unsigned int uint32_t; # define __uint32_t_defined #endif #if __WORDSIZE == 64 typedef unsigned long int uint64_t; #else __extension__ typedef unsigned long long int uint64_t; #endif 

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