4. C语言

本博客主要内容为 “小甲鱼” 视频课程《带你学C带你飞》【第一季】 学习笔记，文章的主题内容均来自该课程，在这里仅作学习交流。在文章中可能出现一些错误或者不准确的地方，如发现请积极指出，十分感谢。 也欢迎大家一起讨论交流，如果你觉得这篇文章对你有所帮助，记得评论、点赞哦　～(｡･∀･)ﾉﾞ

  在 C 语言里，数据类型即说明了它是什么类型的数据，更重要的是存储这类数据所需的内存的大小，C 语言允许使用的类型如下： 在基本类型中的整数类型、浮点数类型和字符类型都已经在之前的文章中使用过了，这里面的_Bool是布尔型，只能取 0 和 1 两个值；另一个是枚举类型（enum），这个类型将在后面的部分进行介绍。

  其余的数据类型，如指针类型、构造类型和空类型也将在后面的部分进行介绍。

  我们可以为这些基本数据类型加上一些限定符，比如表示长度的 short 和 long。比如 int 经过限定符修饰之后，可以是 short int，long int，还可以是 long long int。其中 short int表示所占内存比int小的数据类型，而long int表示所占内存比int大的数据类型。

  在 C 语言并没有限制 int 的大小，更没有限制short int等带限定符的数据类型的大小，只是规定了

输出的结果如下图所示

  我们可以看到无符号数 b果然没有输出对应的 -1 ，但是为什么输出 65535 呢？这就与数据类型的取值范围有关了。下面的一小节将介绍数据的取值范围。

  CPU能读懂的最小单位 —— 比特位，bit，b，即 0 1 两个数字；内存机构的最小寻址单位 —— 字节，Byte，B。如下图所示，为字节和比特之间的关系

因此一个字节所能存储的最大数字是二进制的11111111。那这个二进制的数字对应十进制的数字是多少呢？是不是 255 呢？这还要取决于改二进制数字的符号位。

  对于上面的 11111111，如果他对应一个无符号变量，那么与他对应的是十进制的数字255（即 2 8 − 1 = 255 2^8-1 = 255 28−1=255）。但是对于存放signed类型的存储单元中的数据，左边第一位表示符号位。如果该位为0，表示该整数是一个正数；如果该位为1，表示该整数是一个负数。一个32位的整型变量，除去左边第一位符号位，剩下表示值的只有31个比特位。

  事实上计算机是用补码的形式来存放整数的值，其中正数的补码是该数的二进制形式，而负数的补码需要通过以下几步获得：

  (1) 先取得该数的绝对值的二进制形式，符号位置为1；   (2) 符号位不变，将第1步的值按位取反（即将 0 都变为 1，1 都变为 0）；   (3) 符号位不变，最后将第2步的值加1。

如下图为正数 7 和负数 -7 的补码

  一个字节的有符号数的取值范围如下图所示 其中我们可以看到负数最高可以到 -128，而正数最高只能到127，这是为什么呢？主要因为 0 也占据了整数中的一部分，所以导致正数最高只能到127。

  现在 1.3 中的问题就很好解释了，-1 的补码是 11111111，这个数据正好对应着无符号数中的 65535，所以将 -1（也就是 11111111）赋值给无符号数 b 之后输出的是 65535。

  基本数据类型的取值范围如下面的两张图所示，一张图主要是字符型和整数型，另一张图主要是小数型。

  下面是一个通过 “计算指数值” 的程序来说明取值范围这一概念，如下所示

在Ubuntu16.04下面使用 gcc 编译执行可以使用下面这条命令

其中的 lm 表示表式我们使用了 这个头文件，&&省略了原本的 -o 的操作，此时生成的可执行文件名为 a.out，通过上面的语句进行编译执行得到如下的结果   可以看到 gcc 给出了 Warning 中指出了常量转换溢出（overflow），然后我们可以验证一下上面给出的结果是否正确。通过计算器可以知道 2 32 − 1 2^{32} -1 232−1 的正确结果是 4294967295，与上面给出的结果不符。

  出现这个的问题在于，在默认情况下 int 为有符号型，所以第一位是符号位，不能用来存放数字，所以如果我们将 32 位都拿来存放数字很容易溢出的现象。所以这个时候可以将 result 声明为 unsigned int，如下所示

这时的结果为 4294967295 ，即正确答案。但是细心的同学也可以发现我们不仅仅将 int 修改为 unsigned int，在 printf 语句中也将占位符 %d 改变为 %u，因为此时的 result 是一个无符号数。

[1] “小甲鱼” 视频课程《带你学C带你飞》【第一季】P6 [2] “小甲鱼” 视频课程《带你学C带你飞》【第一季】P7

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