C语言——数据类型

目录

一、引言

 二、进制与转化

2.1 进制的定义

2.2 位权展开式

2.3进制之间的转化

2.3.1十进制→二进制/八进制/十六进制

2.3.3二进制与八进制 / 十六进制的快速转换

 二进制 ↔ 八进制

三、基础数据类型

3.1 整型（Integer Types）

3.2 浮点型（Floating-Point Types）

3.3 字符型（Character Types）

 四、数据类型的具体存储方式

4.1 内存的基本单位

4.2 内存地址

4.3整型的存储：原码、反码、补码

4.3.1 有符号整型的存储

4.3.2 无符号整型的存储

4.3.3整型类型数据溢出

4.4浮点型的存储：IEEE 754 标准

4.4.1 单精度浮点型（float，32 位）

4.4.2 双精度浮点型（double，64 位）

4.5字符型的存储：ASCII 与扩展编码

4.5.1 ASCII 码存储

4.5.2 有符号与无符号字符型

4.6数据存储的字节序：大端与小端

---

一、引言

在 C 语言的世界里，数据类型是构建程序的基石。它决定了数据在内存中的存储方式、取值范围以及可执行的操作。

 二、进制与转化

在计算机科学和编程中，我们经常需要在不同进制（如二进制、八进制、十进制、十六进制）之间进行转换。理解进制转换的原理和方法，是编写高效代码、解决底层问题的基础。本文将详细介绍进制转换的核心概念、转换算法及其代码实现。

2.1 进制的定义

进制是一种计数方式，不同进制的区别在于基数（每一位的可能取值数目）和进位规则：

• 十进制：基数为 10（0-9），逢十进一。

• 二进制：基数为 2（0-1），逢二进一。

• 八进制：基数为 8（0-7），逢八进一。

• 十六进制：基数为 16（0-9，A-F），逢十六进一。

2.2 位权展开式

任何进制的数都可以用位权展开式表示，例如：

• 十进制数 123.45 = 1×10² + 2×10¹ + 3×10⁰ + 4×10⁻¹ + 5×10⁻²

• 二进制数 101.1 = 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ + 1×2⁻¹ = 5.5（十进制）

2.3进制之间的转化

2.3.1十进制→二进制/八进制/十六进制

整数部分：

不断除以目标进制的基数，记录余数。

直到商为 0，将余数倒序排列。

小数部分：

不断乘以目标进制的基数，记录整数部分。

直到小数部分为 0 或达到精度要求，将整数部分顺序排列。

示例：十进制 25.625 → 二进制

• 整数部分：25 ÷ 2 = 12...1 → 12 ÷ 2 = 6...0 → 6 ÷ 2 = 3...0 → 3 ÷ 2 = 1...1 → 1 ÷ 2 = 0...1
  余数倒序：11001

• 小数部分：0.625 × 2 = 1.25 → 0.25 × 2 = 0.5 → 0.5 × 2 = 1.0
  整数顺序：101

• 结果：11001.101

2.3.2二进制 / 八进制 / 十六进制 → 十进制

按位权展开式计算即可。

示例：

• 二进制 1101.1 → 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ + 1×2⁻¹ = 8 + 4 + 0 + 1 + 0.5 = 13.5

• 十六进制 0x2A → 2×16¹ + 10×16⁰ = 32 + 10 = 42

2.3.3二进制与八进制 / 十六进制的快速转换

 二进制 ↔ 八进制

• 二进制 → 八进制：每 3 位二进制数对应 1 位八进制数（不足 3 位补零）。
  示例：110101.1 → 011 010 1.100 → 32.4（八进制）

• 八进制 → 二进制：每 1 位八进制数展开为 3 位二进制数。
  示例：75.2 → 111 101.010 → 111101.01（二进制）

二进制 ↔ 十六进制

• 二进制 → 十六进制：每 4 位二进制数对应 1 位十六进制数（不足 4 位补零）。
  示例：110101.1 → 0011 0101.1000 → 35.8（十六进制）

• 十六进制 → 二进制：每 1 位十六进制数展开为 4 位二进制数。
  示例：0x2A.F → 0010 1010.1111 → 101010.1111（二进制）

三、基础数据类型

C 语言的基础数据类型可分为四大类：整型、浮点型、字符型和空类型。它们是 C 语言中最核心、最常用的数据类型。

3.1 整型（Integer Types）

整型用于存储整数数值，根据取值范围和字节数的不同，分为以下几种：

类型名称	关键字	字节数（32 位系统）	取值范围
短整型	short	2	-32768 ~ 32767
整型	int	4	-2147483648 ~ 2147483647
长整型	long	4	与int相同（部分系统为 8 字节）
长整型	long long	8	-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807
无符号短整型	unsigned short	2	0 ~ 65535
无符号整型	unsigned int	4	0 ~ 4294967295
无符号长整型	unsigned long	4	0 ~ 4294967295（部分系统为 8 字节）
无符号长整型	unsigned long long	8	0 ~ 18446744073709551615

特点与应用：

• 有符号整型：默认存储带符号整数，最高位为符号位（0 正 1 负）。

• 无符号整型：所有位均用于存储数值，适用于非负数场景（如计数、地址偏移）。

• 选择建议：根据数值范围选择合适类型，避免溢出（如用long long存储大数）。

注：整型常量默认识别为signed int类型 

3.2 浮点型（Floating-Point Types）

浮点型用于存储小数或数值范围极大的数，基于 IEEE 754 标准表示：

类型名称	关键字	字节数	有效位数	取值范围（近似）
单精度浮点型	float	4	6~7 位	±1.2×10⁻³⁸ ~ ±3.4×10³⁸
双精度浮点型	double	8	15~16 位	±2.3×10⁻³⁰⁸ ~ ±1.8×10³⁰⁸
长双精度浮点型	long double	8/12	18~19 位	依系统而定

特点与应用：

• 精度差异：double精度更高，适用于科学计算、金融数据等场景。

• 存储方式：以二进制指数形式存储（符号位 + 指数位 + 尾数位）。

• 注意事项：避免直接比较两个浮点数是否相等（改用差值小于极小值的方式）。

注：同一精度 进行比较 (用同一个数据类型)

3.3 字符型（Character Types）

字符型用于存储单个字符，本质是存储字符对应的 ASCII 码值：

类型名称	关键字	字节数	取值范围
字符型	char	1	-128 ~ 127（有符号）或 0~255（无符号）
无符号字符型	unsigned char	1	0 ~ 255
有符号字符型	signed char	1	-128 ~ 127

特点与应用：

• 字符与数值互通：char可当作 8 位整型使用（如存储 0~255 的数值）。

• 转义字符：用于表示特殊字符（如\n换行、\t制表符、\"双引号）。

转义字符	含义	ASCII 码值（十进制）
\a	警报（响铃）	7
\b	退格（Backspace）	8
\f	换页	12
\n	换行	10
\r	回车	13
\t	水平制表符（Tab）	9
\v	垂直制表符	11
\\	反斜杠	92
\'	单引号	39
\"	双引号	34
\?	问号（在三字母词中使用）	63
\0	空字符（字符串结束符）	0
\ddd	八进制数表示的 ASCII 字符	0-255
\xhh	十六进制数表示的 ASCII 字符	0-255

• 字符串存储：字符数组以'\0'（ASCII 码 0）结尾表示字符串（如char str[] = "Hello";）。

 四、数据类型的具体存储方式

在 C 语言中，数据类型不仅决定了数据的取值范围和操作方式，更决定了数据在内存中的存储形式。理解数据的底层存储机制，有助于我们深入掌握变量赋值、类型转换、内存优化等关键技术。

4.1 内存的基本单位

• 字节（Byte）：内存的最小可寻址单位，通常由 8 位（bit）组成。

• 位（bit）：二进制存储的最小单位，取值为 0 或 1。

4.2 内存地址

每个字节在内存中都有唯一的地址（类似门牌号），CPU 通过地址访问数据。

4.3整型的存储：原码、反码、补码

4.3.1 有符号整型的存储

采用补码（Two's Complement）存储有符号整数，规则如下：

正数：补码与原码相同（如int 5的补码为00000000 00000000 00000000 00000101）。

负数：符号位为 1，数值部分按绝对值的原码取反加 1。

例：int -5的补码计算过程：

    原码（32 位）：10000000 00000000 00000000 00000101

    取反（符号位不变）：11111111 11111111 11111111 11111010

    加 1：11111111 11111111 11111111 11111011（补码）

补码的优势：

• 统一了加减法运算（CPU 只需实现加法器）。

• 0 的表示唯一（原码中+0和-0不同，补码中均为0000...0）。

4.3.2 无符号整型的存储

无符号整型所有位均用于表示数值（无符号位），直接存储二进制值：

• unsigned int 5：00000000 00000000 00000000 00000101
• unsigned int -1：实际存储为4294967295（全 1，即 2³²-1）。

4.3.3整型类型数据溢出

最大值 再加 1 会变为 该范围内的最小值 

最小值 再减 1 会变为 该范围内的最大值

4.4浮点型的存储：IEEE 754 标准

浮点型（float/double）采用 IEEE 754 标准 存储，将数值分解为三部分：

符号位 | 指数位 | 尾数位

4.4.1 单精度浮点型（float，32 位）

• 符号位（1 位）：0 表示正数，1 表示负数。

• 指数位（8 位）：存储指数 + 127 的偏移值（便于表示负数指数）。

• 尾数位（23 位）：存储小数部分，隐含最高位为 1（规格化数）。

示例：存储float 5.5（二进制为101.1）：

1. 规格化：101.1 = 1.011 × 2²

2. 符号位：0（正数）

3. 指数位：2 + 127 = 129 → 二进制10000001

4. 尾数位：011后面补 0 至 23 位 → 01100000000000000000000

4.4.2 双精度浮点型（double，64 位）

• 符号位（1 位）：同float。

• 指数位（11 位）：偏移值为 1023（指数范围 - 1022~+1023）。

• 尾数位（52 位）：隐含最高位为 1，精度更高。

特殊值处理：

• 零：符号位为 0 表示 + 0，为 1 表示 - 0（IEEE 754 认为两者相等）。

• 无穷大：指数位全 1，尾数位全 0（符号位决定正负）。

• NaN（非数）：指数位全 1，尾数位非 0（表示无效运算结果，如 0/0）。IEEE754详细介绍可看这篇文章https://blog.csdn.net/weixin_47713503/article/details/108699001

4.5字符型的存储：ASCII 与扩展编码

4.5.1 ASCII 码存储

char类型本质是 8 位整数，存储字符对应的 ASCII 码值：

• char c = 'A' → 存储65（二进制01000001）。

• char d = '\n' → 存储换行符的 ASCII 码10。

4.5.2 有符号与无符号字符型

• signed char：范围 - 128~127，最高位为符号位。

• unsigned char：范围 0~255，可存储扩展 ASCII 码（如俄语、日语字符）或二进制数据（如文件读写中的字节流）。

4.6数据存储的字节序：大端与小端

字节序（Endianness）指多字节数据在内存中的字节排列顺序：

• 大端序（Big-Endian）：高位字节存于低地址，低位字节存于高地址。

• 小端序（Little-Endian）：低位字节存于低地址，高位字节存于高地址。