C语言：基本数据类型

在C语言中,每个变量在使用之前必须定义其数据类型。C语言有以下几种类型:整型(int)、浮点型(float)、字符型(char)、指针型(*)、无值型(void)以及结构(struct)和联合(union)。其中前五种是C的基本数据类型、后两种数据类型(结构和联合)。今天主要学习的基本数据类型。

基本数据类型

整型int

C语言的整型表示的是整数，分为有符号（int）和无符号（unsigned int）。其中无符号整型只能表示非负整数（自然数），不管是有符号还是没符号都存在极限值（表示的数字不能超过或小于某个值），而在C语言中，极限值并不是固定的，不同硬件、操作系统、编译器都可能有不同的值。想要了解当前C语言环境的整型极限值，可以通过引入limits.h头文件查看。具体代码：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    printf("The number of bits in a byte %d\n", CHAR_BIT);
    printf("The minimum value of CHAR = %d\n", CHAR_MIN);
    printf("The maximum value of CHAR = %d\n", CHAR_MAX);
    printf("The minimum value of SIGNED CHAR = %d\n", SCHAR_MIN);
    printf("The maximum value of SIGNED CHAR = %d\n", SCHAR_MAX);
    printf("The maximum value of UNSIGNED CHAR = %d\n", UCHAR_MAX);
    printf("The minimum value of SHORT INT = %d\n", SHRT_MIN);
    printf("The maximum value of SHORT INT = %d\n", SHRT_MAX);
    printf("The maximum value of UNSIGNED SHORT INT = %d\n", USHRT_MAX);
    printf("The minimum value of INT = %d\n", INT_MIN);
    printf("The maximum value of INT = %d\n", INT_MAX);
    printf("The maximum value of UNSIGNED INT = %u\n", UINT_MAX);
    printf("The minimum value of LONG = %ld\n", LONG_MIN);
    printf("The maximum value of LONG = %ld\n", LONG_MAX);
    printf("The maximum value of UNSIGNED LONG = %lu\n", ULONG_MAX);
    return 0;
}

注意，打印UINT_MAX时不能够使用%d，否则会输出-1，同样打印ULONG_MAX时，无法使用%ld，否则同样会输出-1。上述代码在我的电脑上编译执行后，输出的内容为：

The number of bits in a byte 8
The minimum value of CHAR = -128
The maximum value of CHAR = 127
The minimum value of SIGNED CHAR = -128
The maximum value of SIGNED CHAR = 127
The maximum value of UNSIGNED CHAR = 255
The minimum value of SHORT INT = -32768
The maximum value of SHORT INT = 32767
The maximum value of UNSIGNED SHORT INT = 65535
The minimum value of INT = -2147483648
The maximum value of INT = 2147483647
The maximum value of UNSIGNED INT = 4294967295
The minimum value of LONG = -9223372036854775808
The maximum value of LONG = 9223372036854775807
The maximum value of UNSIGNED LONG = 18446744073709551615

这些值是在limits.h头文件中通过#define指令来定义的。具体含义如下：

字符型本质上是int型，C语言把字符型当作小整数进行处理，我们常见的ASCII码表即为字符与int值之间的映射关系。例如字符’a’对应的值为97，字符’A’对应的值为65,字符’0’的值为48。在ASCII码中字符的取值范围为00000000～11111111,可以看成是0-127的整数。虽然ASCII码的取值范围是0-127,但是C语言中字符型char的表示范围和整型int一样受环境影响，具体可看上述示例。

C语言中getchar()函数返回的类型为int型而非char类型最近在重新阅读K&R的《C程序设计语言》时对getchar()这个自带的函数的返回值产生了疑惑。从字面上看，给函数返回的类型应该是char型，但在示例中，却将返回内容赋值给了int型变量，示例代码如下：

#include <stdio.h>

/*将输入复制到输出*/
int main(void)
{
    int c;
    while((c = getchar()) != EOF){
        putchar(c);
    }
    return 0;
}

书中给出的解释为：因为某些潜在的重要原因，我们在此使用int类型。

这里作者并没有对重要原因给出明确的说明，我试着将int修改为char，发现程序还是能够正常编译与执行，这更加让我疑惑！经过一翻搜索，找到的答案如下：

1、getchar()除了返回正常的字符外，还会返回输入结束符EOF(end of file)。

该函数原型如下：

int getchar(void)
{
    static char buf[BUFSIZ];
    static char *bb = buf;
    static int n = 0;
    if(n == 0)
    {
        n = read(0, buf, BUFSIZ);
        bb = buf;
    }
    return (--n >= 0) ? (unsigned char)*bb++ : EOF;
}

2、EOF通常在<stdio.h>文件中被定义为-1：

#define BUFSIZ 512
#define _NFILE _NSTREAM_
#define _NSTREAM_ 512
#define _IOB_ENTRIES 20
#define EOF (-1)

3、各种数据类型能表示的数值范围由编译器决定。char类型在有些编译器中定义的范围为0~255，另外一些编译器中定义的范围为-128~127。当编译器中定义的范围为0~255时，用char接收getchar()返回值时就会出错。数据类型具体的定义范围可在<limits.h>文件中找到：

#define CHAR_BIT 8
#define SCHAR_MIN (-128)
#define SCHAR_MAX 127
#define UCHAR_MAX 0xff

#define CHAR_MIN SCHAR_MIN
#define CHAR_MAX SCHAR_MAX

4、将int改为char后能在我的电脑上正常编译，时由于我的编译器中定义的范围为-128~127，当用char接收时会隐式的转化为char类型。

5、即使编译器总定义的范围为-128~127，程序也有可能出错。虽然常见字符到127位就结束了。但是ASCII表中分配到的时256。128~256为拓展字符，如常用的欧元符号等均在内。

综上：getchar()返回的内容用更大范围区间的int型接收，才能使程序更加稳健。

枚举类型enum

枚举类型enum本质和字符类型一样，也可理解为映射表，只不过该映射关系需要自行定义。大致的使用方式如下：

#include <stdio.h>

enum month{
    Jan = 1, Feb, Mar, Apr, May, Jun, Jul,
    Aug, Sep, Oct, Nov, Dec
};

int main(){
    int i;
    for(i = Jan; i <= Dec; i++)
        printf("%d ", i);

    return 0;
}

其中：

• 映射的数值可以自行指定
• 首位如果缺省，则数字从0开始
• 中间位缺省，则数字为前一位+1

浮点类型float和double

浮点类型（浮点数）指的就是小数，float（单精度浮点）和double（双精度浮点）的区别是double的精度更高，在大部分环境中，double的有效数字为16位，float的有效数字为7位。相应的double消耗的内存是float的两倍，运行速度也比float慢的多。

C语言标准规定，浮点数在内存中以科学计数法的形式来存储，具体形式为：

flt = (-1)sign × mantissa × baseexponent

对各个部分的说明：

• flt是要表示的浮点数。
• sign用来表示flt的正负号，它的取值只能是0或1：取值为0表示flt是正数，取值为1表示flt是负数。
• base是基数，或者说进制，它的取值大于等于2（例如，2表示二进制、10表示十进制、16表示十六进制……）。数学中常见的科学计数法是基于十进制的，例如93×1013；计算机中的科学计数法可以基于其它进制，例如1.001×27 就是基于二进制的，它等价于10010000。
• mantissa为尾数，或者说精度，是base进制的小数，并且1≤mantissa＜base，这意味着，小数点前面只能有一位数字；
• exponent为指数，是一个整数，可正可负，并且为了直观一般采用十进制表示。

浮点类型与整型一样，能够表示的范围受当前环境影响。想要了解具体的极限值信息，可以从flaot.h中查看。float.h头文件对float、double和long double三种类型的浮点数进行了说明，并且宏的命名也非常规范，以FLT_开头的表示宏用来描述float类型的特性，以DBL_开头的表示宏用来描述double类型的特性，以LDBL_开头的表示宏用来描述long double类型的特性。查看方式：

#include <stdio.h>
#include <float.h>

int main(void)
{
    printf("FLT_EVAL_METHOD = %d\n", FLT_EVAL_METHOD);
    printf("FLT_ROUNDS = %d\n", FLT_ROUNDS);
    printf("FLT_RADIX = %d\n", FLT_RADIX);
    printf("FLT_MANT_DIG = %d\n", FLT_MANT_DIG);
    printf("DECIMAL_DIG = %d\n", DECIMAL_DIG);
    printf("FLT_DIG = %d\n", FLT_DIG);
    printf("FLT_MIN_EXP = %d\n", FLT_MIN_EXP);
    printf("FLT_MAX_EXP = %d\n", FLT_MAX_EXP);
    printf("FLT_MIN_10_EXP = %d\n", FLT_MIN_10_EXP);
    printf("FLT_MAX_10_EXP = %d\n", FLT_MAX_10_EXP);
    printf("FLT_MIN = %e\n", FLT_MIN);
    printf("FLT_MAX = %e\n", FLT_MAX);
    printf("FLT_EPSILON = %e\n", FLT_EPSILON);
    printf("FLT_TRUE_MIN = %e\n", FLT_TRUE_MIN);
    printf("FLT_DECIMAL_DIG = %d\n", FLT_DECIMAL_DIG);
    printf("FLT_HAS_SUBNORM = %d\n", FLT_HAS_SUBNORM);
}

在我电脑上返回的值如下：

FLT_EVAL_METHOD = 0
FLT_ROUNDS = 1
FLT_RADIX = 2
FLT_MANT_DIG = 24
DECIMAL_DIG = 21
FLT_DIG = 6
FLT_MIN_EXP = -125
FLT_MAX_EXP = 128
FLT_MIN_10_EXP = -37
FLT_MAX_10_EXP = 38
FLT_MIN = 1.175494e-38
FLT_MAX = 3.402823e+38
FLT_EPSILON = 1.192093e-07
FLT_TRUE_MIN = 1.401298e-45
FLT_DECIMAL_DIG = 9
FLT_HAS_SUBNORM = 1

具体含义：

size_t

在学习 C 语言的时候，遇到了一个新的数据类型 size_t，截止目前也没有完全理清这个类似的具体场景及出现的原因。

size_t 是一些 C/C++ 标准在 stddef.h 中定义的。size_t 的真实类型与操作系统有关：

#ifndef __SIZE_TYPE__
#ifdef _WIN64
#define __SIZE_TYPE__ long long unsigned int
#else
#define __SIZE_TYPE__ long unsigned int
#endif
#endif

可以看到，在这里

• 64 位架构中被定义为：long long unsigned int
• 32 位架构中被定义为：long unsigned int

size_t 在 32 位架构上是 4 字节，在 64 位架构上是 8 字节，而 int 在不同架构下都是 4 字节，与 size_t 不同；且 int 为带符号数，size_t 为无符号数。由于其是无符号的，所以其最大值在 32 位系统中是 int 的 2 倍，在 64 位系统中是 4 倍。

size_t 能存储理论上可行的任何类型（包括数组）对象的最大大小。size_t 通常用于数组下标和循环计数。比如将将 unsigned int 用作数组下标，可能会导致溢出。

C 语言标准库里面经常会看到这样的函数：接收一个代表“字节大小”的值作为参数，或者返回一个代表“字节大小”的返回值。

// Declaration of various library function

// Here argument of n refers maximum blocks that can be
// allocated which is guaranteed to be non-negative
void *malloc(size_t n);

// While copying 'n' bytes from 's2' to 's1'
// n must be non-negative integer
void *memcpy(void *s1, void const *s2, size_t n);

// strlen() use size_t because length of string has
// to be at least 0
size_t strlen(char const *s);

其中：

• 函数malloc(n)，其中的参数n表示需要分配“多少字节”的内存大小。
• 函数memcpy(s1,s2,n)，其中的参数n表示需要复制的“字节大小”。
• 函数strlen(s)的返回值表示字符串的“长度大小”。

表示大小为什么不直接用int类型，而非得搞个size_t？

以size_t strlen(char const *s)为例，由于字符串的长度永远不可能为负数，而int是允许负数的，有一半的数字被浪费了，明显用unsigned int会更好（同样的字节数），有效的数字多了一倍，从语义也更合理。那为什么不直接使用unsigned int？学过计算机组成原理应该不会对此有疑问。int小于等于数据线宽度，size_t大于等于地址线宽度。size_t存在的最大原因可能是因为：地址线宽度历史中经常都是大于数据线宽度的。目前的int普遍是32位，而size_t在主流平台中都是64位。因为无论int还是unsigned都很可能小于size_t需要的大小，所以必须有个size_t。

为什么要把类型命名为”size_t”？

sizeof()方法返回类型，表示一个size。所以从名字很直观能了解。C语言库自身使用typedef为那些可能依据C语言实验的不同而不同的类型创建类型名，这些类型的名字经常以_t结尾（_t的意思显然就是type），使用这样的命名方式主要是变量与类型共享同一个命名空间，因而需要在命名规则上刻意区分开来。比如ptrdiff_t、size_t、wchar_t。

• wchar_t就是wide char type，”一种用来记录一个宽字符的数据类型”。
• ptrdiff_t就是pointer difference type，”一种用来记录两个指针之间的距离的数据类型”。

sizeof运算符

sizeof运算符可以查看一个变量/类型所占用的字节空间。sizeof(<varible/type>)。尽可能用sizeof(varname)代替sizeof(type)。使用sizeof(varname)是因为当代码中变量类型改变时会自动更新。某些情况下sizeof(type)或许有意义，但还是要尽量避免，因为它会导致变量类型改变后不能同步。

typedef关键字

typedef可以为某个类型起个别名。通常被用于以下三种目的:

• 为了隐藏特定类型的实现，强调使用类型的目的；
• 简化复杂的类型定义，使其更易理解；
• 允许一种类型用于多个目的，同时使的每次使用该类型的目的明确。

类型转换

算术转换

所谓算数转化就是将运算（比较）前将2个操作数的类型转化为相同类型，其中表示空间较小的会自动转化为表示空间较大的。比如计算1+2.0,会将1转换为1.0,再与2相加。相关的优先级为：

其中容易遇到的坑为，当有符号的遇到无符号的时候会将去转化为无符号，如果有符号的数字为负数就会产生问题。

#include <stdio.h>

int x = -1;
unsigned int y = 1;

int main(void){
    if (x > y){
        puts("X > Y");
        printf("X is %u\n", x);
    }else{
        puts("X < Y");
    }

    return 0;
}

上述代码编译执行后输出的结果为：

X > Y
X is 4294967295

导致x从-1到4294967295的原因是，在负数从有符号转到无符号的过程中会自动加上4294967295（最到的无符号整数）+1。

赋值转换

赋值转换指的是在进行赋值操作时，赋值运算符右边的数据类型必须转换成赋值号左边的类型，若右边的数据类型的长度大于左边，则要进行截断。比如将浮点数赋值给整型变量就会直接丢失小数部分。

输出转换

输出转化是指在格式化输出（printf）的时候，会将类型转化为制定的格式，比如%d代表的就是int型。

对于ANSIC以前的C，比int小的类型会被转化成int，float会被转化成double，所以不会出现接受float类型参数的函数，针对char和short，编译器通过别的方式做了补救措施。因为ANSIC有原型声明，所以无论是char还是float，都可以直接传递。可是，对于printf()这样具有可变参数的函数，原型声明对可变长部分的参数是不产生任何影响的。因此，这部分的参数同样会被编译器进行类型转换操作。也就是说，比int小的会被转换成int，float会被转化成double。结果就是不能向printf传递char或float参数。所以：

• float、double共用了%f，如果你使用%lf反而会提出警告。
• char、short、int共用了%d

但是，在scanf中如果想要使用double，就必须使用%lf。

强制转换

强制转化非常的简单，就是在变量或表达式前加上”(类型名)”，如果类型的标识的标示范围<原值，会发生截断问题。常用的强制转化比如在计算两个整数相除。int_x/int_y默认返回的是被截断的整数，如果想让除法结果返回小数，只要在人员一个变量面前添加(float)即可。比如(float)int_x/int_y，注意，这里的强制转换要比算法运算符高，所以这里会先进行强制转换后进行算数转换。

参考链接：

• https://en.wikipedia.org/wiki/C_data_types
• https://zh.cppreference.com/w/c/types/size_t
• Data types in C programming language