C语言学习之路（基础篇）—— 数据类型 01

说明：该篇博客是博主一字一码编写的，实属不易，请尊重原创，谢谢大家！

常量与变量

关键字

C语言关键字共有 32 个

auto ：声明自动变量
short ：声明短整型变量或函数
int： 声明整型变量或函数
long ：声明长整型变量或函数 
float：声明浮点型变量或函数 
double ：声明双精度变量或函数
char ：声明字符型变量或函数
struct：声明结构体变量或函数
union：声明共用数据类型
enum ：声明枚举类型 
typedef：用以给数据类型取别名
const ：声明只读变量
unsigned：声明无符号类型变量或函数 　　
signed：声明有符号类型变量或函数 　　
extern：声明变量是在其他文件正声明 　　
register：声明寄存器变量
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数据类型

数据类型的作用：编译器预算对象（变量）分配的内存空间大小。
通俗的讲就是：告诉编译器我这个数据在内存中需要多大的空间

常量

• 在程序运行中不能改变的量
• 常量一般出现在表达式或赋值语句中

变量

1) 什么是变量

• 程序运行中可以被改变的量，存在于内存中
• 变量在使用前必须先定义，定义变量前必须有相应的数据类型

2) 标识符命名规则

• 标识符不能是关键字
• 标识符只能由字母、数字、下划线组成
• 第一个字符必须为字母或下划线
• 标识符中字母区分大小写

3) 变量的特点

• 变量在编译时为其分配相应的内存空间
• 可以通过其名字和地址访问相应内存
  

4) 声明和定义区别

• 声明变量不需要建立存储空间，如：extern int a;
• 定义变量需要建立存储空间，如：int b;

举例：

#include

int main(){
	//extern 关键字只做声明，不能做任何定义
	//声明一个变量a，a在这里没有建立存储空间
	extern int a;
	a = 10; //err, 没有空间，就不可以赋值
	int b = 20; //定义一个变量b，b的类型为int，b赋值为20
	return 0;
}
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运行程序，提示错误：“error LNK2005: _main 已经在 hello.obj 中定义”，这里的错误是因为博主在hello.c中已经存在了main方法导致，C程序只能有一个main方法。

注释或命名掉hello.c中的main方法即可，再次运行程序，程序出错

从广义的角度来讲声明中包含着定义，即定义是声明的一个特例，所以并非所有的声明都是定义：

• int b 它既是声明，同时又是定义
• 对于 extern b来讲它只是声明不是定义

一般的情况下，把建立存储空间的声明称之为“定义”，而把不需要建立存储空间的声明称之为“声明”。

错误示例一：声明一个常量，名MAX，值为10，给MAX赋值100

正确示例一：声明一个常量，名MAX，值为10；定义一个int类型变量a，将MAX的值赋给a变量，这是可以的

错误示例二：定义一个const常量，名为叫b，值为10；给b赋值11

正确示例二：定义一个const常量，名为叫b，值为10；定义一个int类型变量c，将常量b的值赋给c变量，再给变量c赋值

进制

进制也就是进位制，是人们规定的一种进位方法。 对于任何一种进制—X进制，就表示某一位置上的数运算时是逢X进一位。 十进制是逢十进一，十六进制是逢十六进一，二进制就是逢二进一，以此类推，x进制就是逢x进位。

二进制

二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。

当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统，数据在计算机中主要是以补码的形式存储的。

十进制转化二进制的方法：用十进制数除以2，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。

十进制的小数转换成二进制：小数部分和2相乘，取整数，不足1取0，每次相乘都是小数部分，顺序看取整后的数就是转化后的结果。

二进制转化十进制的方法：先把二进制从低位（最右边的“1”）开始按从右到左按0位开始顺序写出 ，整数二进制用数值乘以2的幂次（位数）依次相加，小数二进制用数值乘以2的负幂次然后依次相加！
例如：101011

八进制

八进制，Octal，缩写OCT或O，一种以8为基数的计数法，采用0，1，2，3，4，5，6，7八个数字，逢八进1。一些编程语言中常常以数字0开始表明该数字是八进制。

八进制的数和二进制数可以按位对应（八进制一位对应二进制三位），因此常应用在计算机语言中。


十进制转化八进制的方法：
用十进制数除以8，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。

八进制转化十进制的方法：与二进制转十进制一样，只是一个乘以2的位幂，一个是乘以8的位幂
例如：256

十六进制

十六进制（英文名称：Hexadecimal），同我们日常生活中的表示法不一样，它由0-9，A-F组成，字母不区分大小写。与10进制的对应关系是：0-9对应0-9，A-F对应10-15。

十六进制的数和二进制数可以按位对应（十六进制一位对应二进制四位），因此常应用在计算机语言中。

十进制转化十六进制的方法：
用十进制数除以16，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。

十六进制转化十进制：跟前面不同的是十六进制中的子目A-F对应10-15去计算
例如：23b

有符号和无符号数

1) 有符号数

有符号数是最高位（左边第一个）为符号位，0代表正数，1代表负数。
有符号的用 signed 表示，默认不用写。

举例：如定义 char num; 就是表示有符号的整形变量 num 即表示 signed char num; 而定义有符号的变量 signed 可以默认不写。

2) 无符号数

无符号数最高位不是符号位，而就是数的一部分，无符号数只能表示正数，不可能是负数。



当我们写程序要处理一个不可能出现负值的时候，一般用无符号数，这样可以增大数的表达最大值。

3) 有符号和无符号整型取值范围

取值范围的计算，以 char 类型举例说明：

signed char
负：1 0000000 到 1 1111111  即：- (0*2^6+0*2^5+0*2^5+0*2^5+0*2^5+0*2^5+0*2^5) 到 - (1*2^6+1*2^5+1*2^4+1*2^3+1*2^2+1*2^1+1*2^0)
    -0 ~ -127                     
正：0 0000000 到 0 1111111  + (0*2^6+0*2^5+0*2^5+0*2^5+0*2^5+0*2^5+0*2^5) 到 + (1*2^6+1*2^5+1*2^4+1*2^3+1*2^2+1*2^1+1*2^0)
    +0 ~ +127
	
// 规定将 -0 表示 - 128
所以 char整形取值范围为 -128 ~ 127  即：-2^7 ~ 2^7-1

unsigned char
00000000 到 11111111
0 ~ 255 即：0 ~ 2^8-1
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通过以上举例可以得出：有符号数和无符号数能够表示数的个数相同（都是256个），只是表示数的范围不一样。

计算机内存数值存储方式

1) 原码

原码：数的最原始的二进制码。
一个数的原码(原始的二进制码)有如下特点：

• 最高位做为符号位，0表示正,为1表示负
• 其它数值部分就是数值本身绝对值的二进制数
• 负数的原码是在其绝对值的基础上，最高位变为1

下面数值以 char 类型 1 字节的大小描述：

试想：1 + -1？（在计算机中只有加法没有减法）如果用原码去存，进行相加的结果是

-0：1000 0000
+0：0000 0000
-1：1000 0001
1： 0000 0001
1 +  -1？
0000 0001
1000 0001
1000 0010  = -2
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结论： 负数如果在计算机中用原码存，会导致两个问题 ，负数运算结果不正确，0的状态还有两种。

2) 反码

• 对于正数，反码与原码相同（正数的反码不变）
• 对于负数，符号位不变，其它部分取反(1变0, 0变1)

试想：1 + -1？如果用反码去存，进行相加的结果是

// 原码
-0：1000 0000
+0：0000 0000
-1：1000 0001
1： 0000 0001
1 +  -1？
0000 0001
1000 0001
1000 0010  = -2

// 反码
-0：1111 1111
+0：0000 0000
-1：1111 1110
1： 0000 0001
1 +  -1？
0000 0001
1111 1110
1111 1111  = -0
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结论： 负数如果计算机用反码去存，负数运算结果正确，但是 0的状态还是有两种

3) 补码

在计算机系统中，数值一律用补码来存储。
补码特点：

• 对于正数，原码、反码、补码相同
• 对于负数，其补码为它的反码加1

试想：1 + -1？如果用补码去存，进行相加的结果是

// 原码
-0：1000 0000
+0：0000 0000
-1：1000 0001
1： 0000 0001
1 +  -1？
0000 0001
1000 0001
1000 0010  = -2

// 反码
-0：1111 1111
+0：0000 0000
-1：1111 1110
1： 0000 0001
1 +  -1？
0000 0001
1111 1110
1111 1111  = -0

// 补码
-0：0000 0000
+0：0000 0000
-1：1111 1111
1： 0000 0001
1 +  -1？
0000 0001
1111 1111
0000 0000 = 0
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结论： 如果计算机用补码去存，负数运算结果是正确的，0的状态只有一种

4) 补码的意义

在计算机系统中，数值一律用补码来存储，主要原因是：

• 统一了零的编码
• 将符号位和其它位统一处理
• 将减法运算转变为加法运算
• 两个用补码表示的数相加时，如果最高位(符号位)有进位，则进位被舍弃

5) 数值溢出

当超过一个数据类型能够存放最大的范围时，数值会溢出。

有符号位最高位溢出的区别：符号位溢出会导致数的正负发生改变，但最高位的溢出会导致最高位丢失。

数据溢出示例：

#include


int main() {
	char num = 127 + 2;
	printf("num=%d", num);

	return 0;
}
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运行结果：数据溢出，结果打印出来为 -127



思考 ？以上数据溢出示例为何打印出 -127

• 赋值时（输入），赋的是十进制，给的是原码。如果赋值给的是八进制或者十六进制给的是补码
• 打印时（输出），十进制打印要的是原码，如果是十六进制或八进制打印要的数补码

#include


int main() {
	//赋值时（输入），赋的是十进制，给的是原码。如果赋值给的是八进制或者十六进制给的是补码
	//打印时（输出），十进制打印要的是原码，如果是十六进制或八进制打印要的数补码
	char num = 129;
	// 将十进制赋值给num时，给的就是原码，129 的原码，也就是二进制 即 1000 0001
	// 129为正数，所以129的原码=补码=反码=1000 0001
	// 而num为有符号数，所以最高位为1 计算机就会认为这个是负数的补码
	// 但是打印变量num时，%d打印的是十进制，要的就是原码，而计算机存的是补码
	// 出现的问题就是如何用补码求原码？
	printf("num=%d", num);

	return 0;
}
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6) 补码求原码

补码符号位不动，其他位求反，最后整个数加1，得到原码

原码：1001 0111
反码：1110 1000
补码：1110 1001

补码求反码（补码符号位不变，其他位取反）：1110 1001 —— 1001 0110
反码求原码（反码加1）：1001 0110 —— 1001 0111

补码求原码（补码符号位不变，其他位取反，最后整个数加1）1110 1001 —— 1001 0111
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知道了如何通过补码求原码，那么回到思考中，再去计算就明白为什么打印出来是-127了

// 补码：1000 0001
// 反码：1111 1110
// 原码：1111 1111 = -127
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反码、补码、原码验证：

#include 

int main()
{
	char num = 0x81; // 十六进制存的是补码 16进制转二进制 补码：1000 0001
	printf("%d\n", num); //原码：1 1111111 = -127

	unsigned sum = 0x82; //补码：1000 0010
	printf("%u\n", sum); //无符号类型，补码=反码=原码：1000 0010 = 130


	int num2 = 0x81; // 补码：1000 0001
	// int类型转为32位 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0001 = 129
	printf("%d\n", num2); // 有符号打印， 高位为0,表示正数，所以=129
	printf("%u\n", num2); // 无符号打印 全是正数，即也是=129

	unsigned int d = 0xffffffff; //定义无符号int变量d，以16进制方式赋值
	// 补码：ffffffff
	// 反码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
	// 原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
	// unsigned 定义无符号变量d，计算机存在是补码ffffffff，但是打印时是以有符号打印，那么就需要进行转换
	printf("有符号方式打印：d = %d\n", d); // %d 打印时会将ffffffff看成有符号数， 十进制打印要的是原码 即= - 1
	printf("无符号方式打印：d = %u\n", d); // %u 无符号打印，则原码=补码=反码，所以结果就是本身 0xffffffff 转换成十进制的值为 4294967295

	char num3 = 0x81; // 补码：1000 0001
	// 将8位补码 1000 0001 转为 8位原码 再转为32原码 转为32位补码
	// 8位补码： 1000 0001
	// 8位原码： 1111 1111
	// 32位原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111  （将8位原码的高位拿到32位高位去，原位置变为0）
	// 32位补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001
	printf("%d\n", num3); // 有符号打印， 十进制打印要的是原码:1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 高位为1,表示负数，所以= -127
	printf("%u\n", num3); // 无符号打印 全是正数，十六进制打印要的是补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001 = ffffff81,所以=4294967169
	printf("%x\n", num3); // 32位补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001 = ffffff81

	char num4 = 0x12;// 补码0001 0010
	// 32位补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010
	printf("%x\n", num4); // 0001 0010 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010 即不变也即是原值 12
	printf("%d", num4); // 将0x12转换为十进制得18
	return 0;
}
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7) 8位补码转换32位补码

经验总结： 8位补码如何求32位补码，根据8位补码的最高位的数值（0或1）来补起32位补码的前24位，最后将8位补码拿过来即可。

示例：

8位补码：1000 0001
32位补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001

8位补码：0000 0001
32位补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
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	// 如果最高位是1，向前扩展1，如果最高位是0，则向前扩展0
	char num3 = 0x81; // 补码：1000 0001 ->1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001
	// 将8位补码 1000 0001 转为 8位原码 再转为32原码 转为32位补码
	// 8位补码： 1000 0001
	// 8位原码： 1111 1111
	// 32位原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111  （将8位原码的高位拿到32位高位去，原位置变为0）
	// 32位补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001
	printf("%d\n", num3); // 有符号打印， 十进制打印要的是原码:1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 高位为1,表示负数，所以= -127
	printf("%u\n", num3); // 无符号打印 全是正数，十六进制打印要的是补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001 = ffffff81,所以=4294967169
	printf("%x\n", num3); // 32位补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0001 = ffffff81

	char num4 = 0x12;// 补码0001 0010
	// 32味补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010
	printf("%x\n", num4); // 0001 0010 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010 即不变也即是原值 12
	printf("%d", num4); // 将0x12转换为十进制得18
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8) C语言如何表示相应进制数

#include 

int main09()
{
	int a = 123;		//十进制方式赋值
	int b = 0123;		//八进制方式赋值， 以数字0开头
	int c = 0xABC;	//十六进制方式赋值

	//如果在printf中输出一个十进制数那么用%d，八进制用%o，十六进制是%x
	printf("十进制：%d\n", a);
	printf("八进制：%o\n", b);	//%o,为字母o,不是数字
	printf("十六进制：%x\n", c); // %x 小写打印
	printf("十六进制：%X\n", c); // %X 大写打印
	printf("十六进制：%#x\n", c); // %#x 带格式0x的小写16进制
	printf("十六进制：%#X\n", c); // %#X 带格式0X的大写16进制

	printf("+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++\n");
	// 也可以这样打印
	// 数在计算机存的内容没有改变，打印时只是输出的形式改变而已
	int d = 056;
	printf("十进制：%d\n", d);
	printf("八进制：%o\n", d);	
	printf("十六进制：%x\n", d);

	return 0;
}

输出结果:
十进制：123
八进制：123
十六进制：abc
十六进制：ABC
十六进制：0xabc
十六进制：0XABC
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
十进制：46
八进制：56
十六进制：2e
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