深度解析C语言数据类型及取值范围

数据存储概述

C语言的变量有着不同的数据类型，每种数据类型的取值空间都是不同的，因此，不同数据类型的变量，其取值空间也不同。在C语言程序中，各种类型的变量大多数是以十进制的形式来描述的，但实际上这些 变量在计算机中是以二进制的形式进行存储的，C语言允许对二进制直接进行位操作来完成特殊的要求。

C语言中的一位 （bit,又名“比特”，简写b） 能存储一个二进制数字（0或者1），而一字节 （Byte,简写B） 能存储8位（bit）。

数据存储是以“字节”(Byte)为单位，而数据传输大多是以"比特"(bit)为单位。在计算机中，一串数码作为一个整体来处理或运算的称为字。字通常分为若干个字节，在存储器中，通常每个单元存储一个字，因此每个字都可以寻址的。字的长度用位数来表示（字长指计算机一次可以处理的二进制数字的数目）。如32位，64位的操作系统，字长是衡量计算机性能的一个重要因素。

信息存储量是度量存储器存放程序和数据的数量，位存放一位二进制数，即0或1，为最小的存储单元。8个二进制为一个字节单位，一个英文字母（部分大小写）和英文标点占一个字节的空间（8bit）,一个中文汉字和中文标点占两个字节的空间（16bit）。

计算机存储单位之间的关系如下：

$1字节(Byte)=8位(bit)$
$1KB(千字节)=1024B$
$1MB(兆字节)=1024KB$
$1GB(千兆字节)=1024MB$
$1TB(万亿字节)=1024GB$
$1PB(千万亿字节)=1024TB$
$1EB(百亿亿字节)=1024PB$
$1ZB(十万亿亿字节)=1024EB$
$1YB(一亿亿亿字节)=1024ZB$
$1BB(千亿亿亿字节)=1024YB$

基本数据类型

程序语言一般都会提供几种不同的数据类型，以满足程序设计的需要。
以下为几种基本的数据类型：

1）字符型：用char表示
2）整数型：用int表示
3）单精度实数型：用float表示
4）双精度实数型：用double表示
5）空类型：用void表示

整型数的二进制表示

整型数又分为无符号和有符号两种，有符号的整型数既可以是正数，也可以是负数，正负号由字节的最高位来表示，0表示正数，1表示负数。如下：

1）有符号的二进制整型数
10110100，他的最高位为符号位，因此，$(10110100{)}_2$的十进制数为$-(2^5+2^4+2^2)=-52$。而$(00110100{)}_2$的十进制数为$2^5+2^4+2^2=52$。
需要说明的是，为了不浪费计算机的存储空间，对于“正零”和“负零”有不同的处理，对于“正零”（00000000），代表0，对于“负零”（10000000），代表-128。
2）无符号的二进制整型数
最高位的0或1不在代表符号位，而代表具体的数值。例如，$(10110100{)}_2$，它的十进制数为$(2^7+2^5+2^4+2^2)=180$

浮点型数的二进制表示

浮点数在计算机中的表示可根据系统分配的字节数不同而分成单精度浮点数和双精度浮点数，通常计算机会分配4个字节给单精度浮点数，分配8个字节给双精度浮点数。计算机在存储浮点数的时候，要将十进制浮点数转化成二进制来表示。转化的方法是先将浮点数转化为整数部分和纯小数部分，再将整数部分和纯小数部分分别转化成二进制。

1）整数部分采用除2取余，直到商为零为止，最先得到的余数为最高位，最后得到的整数位为最低位。例如，十进制数56，采用除2取余的方法可得到其二进制的表示为:$56_{10}=(111000{)}_2$。

2）小数部分采用乘2取整，直到余下的小数为0或者满足精度要求为止，最先得到的整数位最高位，最后得到的整数为最低位。例如：十进制0.432，采用乘以2取余的方法可得到其二进制的表示为：$(0.432{)}_{10}=(0.011{)}_2$

于是可以得到浮点数4.625转换成二进制数为：$(56.432{)}_{10}=111000.011_2$

浮点数的存储遵循的是IEEE754标准，任意一个二进制浮点数可以表示成下面的形式：

取值范围

整型(int) 数据类型还可以与下面4种修饰符搭配来描述数据的长度及取值范围：

1）signed(有符号)
2）unsigned(无符号)
3）long(长型)
4）short(短型)

字符型(char)数据类型只能使用singned（有符号）或unsigned（无符号）进行修饰。

1. 1字节
   字符型：【char】 取值范围为ASCII字符
   无符号字符型：【unsingned char】 取值范围为 0~255
   有符号字符型：【signed char】 取值范围为 -128~127
2. 2字节
   整型：【int】 取值范围为 -32768~32767
   有符号整型：【signed int】 取值范围为 -32768~32767
   无符号整型：【unsigned int】取值范围为 0~65535
   短整型：【short int】取值范围为 -32768~32767
   有符号的短整型：取值范围为【singned short int】-32768~32767
   无符号的短整型：取值范围为【unsinged short int】0~65535
3. 4字节
   长整型：【long int】取值范围为 -2147483648~2147483647
   有符号的长整型：【signed long int】 取值范围为 -2147483648~2147483647
   无符号的长整型：【unsinged long int】取值范围为0~4294967295
   单精度实数型：【float】取值范围为 约$\pm 3.4\times 10^{\pm 38}$
   双精度实数型：【double】取值范围为约$\pm 1.7\times 10^{\pm 308}$

上面所示的数据类型和字节长度是适合C语言的编译环境所需要遵循的标准，不同的编译系统会对数据类型和字节长度的规定还会有些扩充。