【C数据（一）】数据类型和变量你真的理解了吗？来看看这篇

前言

一、数据类型

C语言主要的数据类型和变量的数据类型有：

1. 基本数据类型：

• 整数类型：
  • char:字符类型，占1字节
  • short:短整型，占2字节
  • int:整型，占4字节
  • long:长整型，占4或8字节
  • long long:更长的整型，占8字节
• 浮点数类型：
  • float:单精度浮点数，占4字节
  • double:双精度浮点数，占8字节
• 其他类型：
  • void:无类型
  • bool:布尔类型C语言没有内置布尔类型bool,需要包含<stdbool.h>头文件

1. 变量的数据类型：

• 自动变量：定义在函数或代码块内的变量，生命周期在函数或代码块结束后结束。
• 静态变量：使用static声明的变量，生命周期持续整个程序执行期间。
• 寄存器变量：使用register声明，让变量存储在CPU寄存器中加快访问速度。
• 外部变量：使用extern声明的变量定义在其他源文件中。
• 指针变量：用于存储地址的值。
• 数组变量：用于存储多个同类型数据元素。
• 结构体变量：用于存储不同类型数据元素的集合。
• 联合体变量：用于存储占用相同内存空间的不同类型数据。
• 枚举变量：用于定义一组相关常量的值。

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
int main() 
{
	// 基本数据类型
	char ch = 'a'; // 字符类型
	short num = 10; // 短整型
	int age = 25; // 整型 
	long long bigNum = 1000000000; // 长长整型

	// 浮点数类型
	float price = 19.99; // 单精度浮点 
	double weight = 75.123; // 双精度浮点

	// 其他类型
	void func(); // 无类型
	bool isMale = true; // 布尔类型

	// 变量的数据类型
	static int count = 0; // 静态变量
	register int loop = 0; // 寄存器变量

	int* pNum = &age; // 指针变量
	int arr[10]; // 数组变量

	struct Student 
	{
		char name[20];
		int id;
	} stu; // 结构体变量

	union Data 
	{
		int x;
		char c;
	} data; // 联合体变量

	enum Color { RED, GREEN, BLUE }; // 枚举变量

	printf("char: %c, short: %d, int: %d\n", ch, num, age);
	return 0;
}

1.1字符型

  char
 [signed] char
 unsigned char

1.2 整型

//短整型
 short [int]
 [signed] short [int]
 unsigned short [int]
 
 //整型
 int
 [signed] int
 unsigned int
 
 //⻓整型
long [int]
 [signed] long [int]
 unsigned long [int]
 
 //更⻓的整型
 //C99中引⼊
 long long [int]
 [signed] long long [int]
 unsigned long long [int]

1.3 浮点型

 float
 double
 long double

1.4 布尔类型

C语⾔其实原来并没有为布尔值单独设置⼀个类型，⽽是使⽤整数0在 表示假，非零表示真。在C99中也引⼊了布尔类型，是专⻔表⽰真假的。 布尔类型的使⽤得包含头⽂件 <stdbool.h> 布尔类型变量的取值是：true或者false.

 #define bool  _Bool
 #define false 0
 #define true  1

用代码展示

 _Bool flag = true;
 if (flag)
	 printf("i like C\n");

二、各种数据类型的⻓度

2.1 sizeof操作符

C语言中的sizeof操作符用来计算数据类型或表达式所占用的内存字节数。

sizeof主要有以下几种用法：

1. 计算数据类型大小

sizeof(类型名)

例如：

sizeof(int) // 4 
sizeof(char) // 1

1. 计算数组元素个数

sizeof(数组名) / sizeof(数组元素类型)

例如：

1. 计算结构体大小

sizeof(结构体名)

例如：

1. 计算表达式大小

sizeof(表达式)

例如：

C语言标准只规定sizeof运算符返回一个无符号整数，但并没有明确指定返回值的具体类型。

这就可能导致程序的可移植性问题：

• 不同系统下，sizeof返回值类型可能不同，使用不当类型的格式化输出可能会出错，返回值的类型有可能是unsigned int ，也有可能是 unsigned long ，甚⾄是 unsigned long long ，对应的 printf() 占位符分别是 %u 、 %lu 和 %llu。
• 需要存储sizeof结果的变量也需要使用正确的类型，否则可能会溢出或截断。

C语言提供了size_t类型来解决这个问题：

• size_t是一个类型别名，它会被定义为当前系统下sizeof返回值的正确类型，可能是unsigned int、unsigned long等。
• 程序使用size_t来存储和操作sizeof结果，就可以保证类型安全且可移植。
• 格式化输出时使用%zd，它会自动匹配size_t类型。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 10;
 printf("%zd\n", sizeof(a));
 printf("%zd\n", sizeof a);//a是变量的名字，可以省略掉sizeof后边的()
 printf("%zd\n", sizeof(int));
 printf("%zd\n", sizeof(6 + 8.8));
 return 0;
}

2.2 数据类型⻓度

您总结得很好，我重新梳理一下C语言主要数据类型的长度：

• char: 1字节
• short: 2字节
• int: 32/64位系统通常为4字节
• long: 4字节
• long long: 8字节
• float: 4字节
• double: 8字节
• void*: 与系统地址长度相同，32位系统为4字节，64位系统为8字节
• size_t: 与系统地址长度相同，用来表示sizeof()函数返回值的类型

在 X86配置下的输出：

在 X64配置下的输出：

2.3 sizeof中表达式不计算

sizeof运算符计算的不是表达式的值，而是类型的大小。

更准确地说，sizeof运算符返回它操作数类型的大小，单位为字节。 如果操作数是一个类型，那么它直接返回该类型的大小; 如果操作数是一个表达式，那么它返回表达式类型的大小。

举个例子：

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	short s = 2;
	int c = 30;

	printf(" %zd\n", sizeof(int)); // 返回int类型大小，如4字节
	printf(" %zd\n", sizeof(a)); // 返回int类型大小，如4字节，和sizeof(int)相同  
	printf(" %zd\n", sizeof(a + b)); // 返回int类型大小，如4字节，计算a + b的类型是int
	printf(" %zd\n", sizeof(s = c + 1));
	printf("s = %d\n", s);

	return 0;
}

在sizeof(a + b)中：

• a + b是一个表达式，计算结果是int类型
• sizeof不计算a + b的实际值，而是直接返回其类型int的大小
• sizeof(s = c + 1)
  • s = c + 1是一个赋值表达式，计算c+1的值，结果是int类型
  • 但赋值的对象是short类型变量s
  • 所以sizeof返回short类型的大小，即2字节
• sizeof返回类型大小，不计算表达式值
• 表达式计算和赋值可能涉及类型转换

sizeof 在代码进⾏编译的时候，就根据表达式的类型确定了，类型的常⽤，⽽表达式的执⾏却要在程序运⾏期间才能执⾏，在编译期间已经将sizeof处理掉了，所以在运⾏期间就不会执⾏表达式了。

三、signed 和 unsigned

signed和unsigned关键字用于指定整数类型的符号：

• signed: 有符号整数类型，可以表示正数和负数。默认情况下所有整数类型(char、short、int、long)都是signed的。
• unsigned: 无符号整数类型，只能表示非负整数，范围比signed类型更大。

主要区别：

1. 存储表示：
   • signed类型用二进制最高位表示数值的符号，正数为0,负数为1。
   • unsigned类型最高位都是数值本身，不表示符号。
2. 数值范围：
   • signed类型的范围依赖于其位宽，如int为-2147483648到2147483647。
   • unsigned类型没有符号位，所以范围比signed类型更大，如uint为0到4294967295。
3. 运算结果：
   • signed类型在一些运算中可能会发生溢出。
   • unsigned类型不会发生溢出，超出范围直接循环回到最小值。

小例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
  unsigned int a = 10;
  signed int b = 10;

  a -= 20;
  b -= 20;

  printf("a = %zu\n", a);
  printf("b = %zd\n", b);

  return 0;
}

第一种分析：

• a为unsigned int,范围0-4294967295
• a原值为10,减20后为-10
• 但unsigned int没有负数表示，所以-10会溢出计算为最大值4294967295

• b为signed int,范围-2147483648-2147483647
• b原值为10,减20后为-10
• -10正好在signed int范围内，所以结果正确输出为-10

• 这里unsigned int和signed int在减法溢出后的表现不同：
• unsigned int溢出后取最大正值
• signed int保留数值的符号，输出负数

所以这个例子更清晰地展示了signed和unsigned类型在溢出情况下的区别。

二进制重新解释这道题：

题目中有两个变量：

1. unsigned int a,其范围为0-4294967295
2. signed int b,其范围为-2147483648-2147483647

开始时：

a = 10 b = 10

然后执行：

a -= 20 b -= 20

分析：

1. 对于a来说，它是unsigned int类型，没有负数表示。 当a-=20时，正确的二进制计算是：

a原值： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 (10)
a-=20:  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 (-10,但unsigned int没有负数)

由于结果-10超出了unsigned int的范围，所以根据无符号溢出规则，高位溢出位被舍弃，结果保留为最大正值：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 溢出为4294967295

1. 对于b来说，它是signed int类型，可以表示负数。 当b-=20时，二进制计算是：

b原值： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 (10)  
b-=20: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010 (-10)

-10处于signed int的有效范围内，所以结果直接输出-10。

总之，通过这个例子可以清晰地看出：

• unsigned int在溢出时结果取最大正值
• signed int根据符号位判断正负，直接输出结果

四、数据类型的取值范围

C语言主要的数据类型和其取值范围如下：

用二进制来解释C语言主要数据类型的取值范围： 它的高位为符号位：0表示正数，1表示负数。

1. char

• 1字节，表示为8位二进制
• 高位为符号位，0表示正数，1表示负数
• 所以取值范围是：0xxx xxxx ~ 0111 1111,即0~ 127为正数，-128 ~ -1为负数

1. unsigned char

• 也是1字节8位二进制
• 但没有符号位，所以全为数据位
• 取值范围是：0000 0000 ~ 1111 1111,即0~255

1. short

• 2字节，表示为16位二进制
• 高位为符号位，0表示正数，1表示负数
• 所以取值范围是：0xxx xxxx xxxx xxxx ~ 0111 1111 1111 1111,即0~ 32767为正数，-32768~ -1为负数 （这里的"xxx"代表低15位可以是0或者1,也就是数据位。）

1. unsigned short

• 也是2字节16位二进制
• 没有符号位，所以全为数据位
• 取值范围是：0000 0000 0000 0000 ~ 1111 1111 1111 1111,即0~65535

总结

以上归纳了C语言主要的数据类型分类，获取数据类型长度的方法，signed和unsigned的区别，以及各种数据类型在不同情况下的取值范围范围。感谢你的收看，如果文章有错误，可以指出，我不胜感激，让我们一起学习交流，如果文章可以给你一个帮助，可以给博主点一个小小的赞😘