C语言中数据在内存如何存储——数据类型

数据类型

【知识点】

1. 数据类型
2. 整型
3. 字符型
4. 实数(浮点型)型

【内容】

一、数据类型

C语言要求在定义所有的变量时都要指定变量的类型。常量也是区分类型的。

在数学中，数值是不分类型的，数值的运算是绝对准确的，例如：78与97之和为175，1/3的值是0.33333...(循环小数)。数学是一门研究抽象的学科，数和数的运算都是抽象的。

而在计算机中，数据是存放在存储单元中的，它是具体存在的。而且存储单元是由有限的字节构成的，每一个存储单元中存放数据的范围是有限的，不可能存放“无穷大”的数，也不能存放循环小数。例如用C程序计算和输出1/3:

printf("%f",1/3.0);

得到的结果是0.333333,只能得到6位小数，而不是无穷位小数。

结论：用计算机进行的计算不是抽象的理论值的计算，而是用工程的方法实现的计算，在许多情况下只能得到近似的结果。

 

所谓类型，就是对数据分配存储单元的安排，包括存储单元的长度(占多少字节)以及数据的存储形式。不同的类型分配不同的长度和存储形式。

数据类型的分类：(带*表示C99添加)

1. 基本类型
   1. 整型类型
      1. 短整型(short [int])
      2. 基本整型(int)
      3. 长整型(long [int])
      4. *双长整类型(long long [int])
      5. *布尔型(bool)
   2. 实数(浮点)类型
      1. 单精度浮点型(float) 占4个字节，有效数为6位
      2. 双精度浮点型(double) 占8个字节 有效数为15位
      3. *长双精度浮点型(long double)
   3. 字符类型(char) 占1个字节
2. 枚举类型(enum)
3. 空类型(void)
4. 派生类型(5)
   1. 指针类型(*)
   2. 数组类型([])
   3. 结构体类型(struct)
   4. 共用体类型(union)
   5. 函数类型

在C语言之中没有字符串变量，字符串使用字符数组表示。C语言中对数据类型没有设定默认值。

 

二、整型数据

整型数据在存储单元中的存储方式是：以二进制补码形式存储。一个正数的补码，是该数的二进制形式。一个负数的补码，是该负数的绝对值的原码取反加1的形式。

例如：-5的补码

在存放整数的存储单元中，最左面一位是用来表示符号的。如果该位为0，表示数值为正。如果该位为1，表示数值为负。

如果给整型变量分配2个字节，则存储单元中能存放的最大值为01111111 11111111，最小值为10000000 00000000。超过此范围，就会出现数值的“溢出”。

1. 基本整型(int)
2. 短整型(short [int])
3. 长整型(long [int])
4. 双长整型(long long [int])

注意：C标准没有具体规定各种数据类型所占用存储单元的长度。这是由各编译系统自行决定的。C标准只要求long型数据长度不短于int型，short型不长于int型。即：

sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long) <= sizeof(long long)

sizeof是测量类型或变量长度的运算符。

 

整型变量的符号属性

1. 基本整型
   1. 有符号基本整型：[signed] int
   2. 无符号基本整型: unsigned int
2. 短整型
   1. 有符号短整型: [signed] short [int]
   2. 无符号短整型: unsigned short [int]
3. 长整型
   1. 有符号长整型: [signed] long [int]
   2. 无符号长整型: unsigned long [int]
4. 双长整型
   1. 有符号双长整型: [signed] long long [int]
   2. 无符号双长整型: unsigned long long [int]

注：在整型数据中，如果既未指定signed也未指定unsigned，默认为“有符号类型”。

有符号整型数据存储单元中最高位代表符号（0为正，1为负）位。没有符号整型数据存储单元中，全部的二进位都用作存放数值本身。

注：

1. 只有整型、字符型数据可以加signed或unsigned修饰符，实型数据不能加。
2. 对无符号整型数据用“%u”格式输出。%u表示用无符号十进制数的格式输出。

【思考题】：

得到的结果为len = 65535

原因是：系统对-1先转换成补码形式，如下图

由于len变量是无符号类型，所以存储单元中的第一位作为数值位存放数值。所以按“%u”格式输出结果是：len = 65535

结论：整型数据不管有无符号，在计算机内存储方式都是以二进制补码形式存储。

 

三、字符型数据

目前大多数系统采用ASCII字符集，各种字符集(包括ASCII字符集)的基本集都包括了127个字符。所有127个字符都可以用7个二进位表示（ASCII码值为127时，二进制形式为1111111，7位全1）。所以在C中，指定1个字节(8位)存储一个字符(所有系统都不例外)。此时，字节中的第1位置为0。

字符变量实际上是一个字节的整型变量，由于它常存放字符，所以称为字符变量。可以把0-127之间的整数赋给一个字符变量。

在输出字符变量时，可以选择以十进制整数形式输出，或以字符形式输出。如：

字符变量的符号属性

说明：在使用有符号字符型变量时，允许存储的值为-128—127，但字符的代码不可能为负值，所以在存储字符时实际上只用到0—127这一部分，其第1位都是0。

如果将一个负整数赋给有符号字符型变量是合法的，此时它不代表一个字符，而作为一字节整型变量存储负整数。如：

signed char ch = -6;

如果在定义变量时既不加signed，又不加unsigned，C标准并未规定是按signed char处理还是按unsigned char处理，由各编译系统自己决定。

 

四、浮点型数据

在C语言中，实数是以规范化的二进制指数形式存放在存储单元中的。

规范化二进制指数形式：小数点前为0，小数点后第1位不为0的表示形式。（也就是尾数大于等于0.1小于1）

浮点数类型：单精度浮点型(float)、双精度浮点型(double)、长双精度浮点型(long double)

float型(单精度浮点型)

编译系统为每一个float型变量分配4个字节，数值以规范化的二进制数指数形式存放在存储单元中。在存储时，系统将实型数据分成小数部分和指数部分两个部分，分别存放。

在4个字节(32位)中，究竟用多少位来表示小数部分，多少位来表示指数部分，C标准并无具体规定，由各C语言编译系统自定。

由于用二进制形式表示一个实数以及存储单元的长度是有限的，因此不可能得到完全精确的值，只能存储成有限的精确度。小数部分占的位(bit)数愈多，数的有效数字愈多，精度也就愈高。指数部分占的位数愈多，则能表示的数值范围愈大。

float型数据能得到6位有效数字，精度误差在1e-6。

double型(双精度浮点型)

用8个字节存储一个double型数据，可以得到15位有效数字，精度误差在1e-15。在C语言中进行浮点数的算术运算时，系统将float型数据都自动转换为double型，然后进行运算。

long double型(长双精度浮点型)

不同的编译系统对long double型的处理方法不同。

 

 

五、怎样确定常量的类型

在C语言中，不仅变量有类型，常量也有类型。

在程序中出现的常量是要存放在计算机中的存储单元中的。这就必须确定分配给它多少字节，按什么方式存储。

怎样确定常量的类型？

从常量的表示形式即可判定其类型。

整型常量：不带小数点的数值是整型常量，但应注意其有效范围。在一个整数的末尾加大写字母L或小写字母l，表示它是长整型（long int）。

整型常量以二进制补码形式存储在计算机的存储单元中。

浮点型常量：小数形式或指数形式的实数。在C语言编译系统中将浮点型常量按双精度浮点型处理。(C程序中的浮点型常量都是双精度浮点型常量)

浮点型常量以规范化的二进制指数形式存储在计算机存储单元中。

可以在常量的末尾加专用字符，强制指定常量的类型。

1. 在常量后面加F或f表示是float型；
2. 在实型常量后面加L或l表示long double型；

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