1、什么是數(shù)據(jù)類型？

計算機編程語言是用來控制計算機的行為及操作，協(xié)助人們解決現(xiàn)實中的問題，其能表達的數(shù)據(jù)類型也是從實際中提取并抽象出來形成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述。

例如：數(shù)學中數(shù)的基礎分類有正整數(shù)、負整數(shù)、小數(shù)等類別，數(shù)學中所有關于數(shù)的運算都是在基礎分類上進行的。計算機出現(xiàn)之前，數(shù)學家們用稿紙進行大量的數(shù)學運算以求證數(shù)學問題和科學計算，這耗費了數(shù)學家們太多的精力。隨著計算機科技的發(fā)展，大量復雜的數(shù)學運算交給計算機來執(zhí)行，極大提高了計算效率，也讓數(shù)學家們從復雜的數(shù)學運算中擺脫出來。

數(shù)學運算包含大量的計算表達式，計算機程序需要有連續(xù)處理算式和計算數(shù)據(jù)的能力，下面是一個簡單的四則運算算式：

15.8+20*31.5-30

計算機程序要處理上述算式，就需要具備存儲小數(shù)、整數(shù)、運算符的能力。C語言提供了存儲小數(shù)、整數(shù)、運算符的基本數(shù)據(jù)類型。下圖是算式中數(shù)據(jù)類型到C數(shù)據(jù)類型的映射圖。

圖 2-1數(shù)學算式數(shù)據(jù)類型到C語言數(shù)據(jù)類型的映射

2、變量與數(shù)據(jù)類型

使用變量可以將數(shù)學算式中的數(shù)存儲起來，下面討論如何聲明或定義一個變量。在C語言中聲明一個變量和定義一個變量存在區(qū)別：聲明變量是通知編譯器變量的類型和名字，編譯解析聲明變量時，不會為該變量分配存儲空間，直至該變量被賦值時，才會為變量分配存儲空間；定義變量是在聲明變量的同時，為變量賦一個初始化值，編譯器解析定義變量時，將為該變量分配存儲空間。

聲明一個變量

語法規(guī)則： 數(shù)據(jù)類型 變量名；

其中，數(shù)據(jù)類型可以是C語言支持的任何數(shù)據(jù)類型；變量名為聲明的變量名稱。

示例：聲明整型變量

int number；

示例：聲明字符型變量

char op；

定義一個變量

聲明變量的同時并對變量直接賦值，稱為定義一個變量。如果在聲明變量時沒有對變量進行賦值，則應在后面的程序語句中為變量賦值。

示例：定義整型變量

int number= 30;

示例：為已聲明的變量賦值

op=’+’;

下面簡要說明一個解析數(shù)學算式并存儲運算符和運算數(shù)的示例，為說明問題起見，給出一個簡單數(shù)學算式：8.25+30。

聲明三個變量用來存儲運算數(shù)和運算符

float  floatNum;
int   intNum;
char  op;

程序在計算上述數(shù)學算式時，首先從左到右掃描數(shù)學算式。假設本次掃描不考慮優(yōu)先級運算，只是完成提取運算數(shù)和運算符的功能。掃描過程如下：如果是運算數(shù)，判斷是整數(shù)還是小數(shù)，整數(shù)賦值給intNum，如果是小數(shù)賦值給floatNum，如果是運算符賦值給op。下圖是掃描完成后，變量在內(nèi)存儲器的存儲情況。

圖 2-2 不同數(shù)據(jù)類型的變量在存儲器的存儲情況

從圖2-2可以看出，不同數(shù)據(jù)類型的變量在存儲器占用的空間也不相同。數(shù)據(jù)類型為字符型的變量在存儲器占用一個字節(jié)的空間。C語言對整數(shù)類型并沒有嚴格規(guī)定其長度（占用存儲空間的字節(jié)數(shù)），只做了寬泛的限制。圖2-4整數(shù)類型占用4個字節(jié)的存儲空間，是指在32位操作系統(tǒng)下，整數(shù)類型占用4個字節(jié)的存儲空間。

3、基礎數(shù)據(jù)類型

C語言基本數(shù)據(jù)類型見圖2-3。

圖 2-3 C語言基本數(shù)據(jù)類型

C語言基本數(shù)據(jù)類型包括數(shù)值、非數(shù)值兩種類型。數(shù)值類型又分為整數(shù)類型和非整數(shù)類型，整數(shù)類型包括整型、短整型和長整型，非整數(shù)類型包括單精度浮點和雙精度浮點。非數(shù)值包括字符類型。

4、整數(shù)類型

C語言的整數(shù)類型可以說是復雜多樣，根據(jù)存儲空間和數(shù)值范圍可分short（短整型，占用2個字節(jié)）、int（整型，機器字長）、long（長整型，32位環(huán)境占用4個字節(jié)，64位環(huán)境占用8個字節(jié)）、long long（加長整型，占用8個字節(jié)），根據(jù)整數(shù)分類又可分為有符號整數(shù)和無符號整數(shù)。

對整數(shù)而言，C語言為什么要定義這么多不同的類型呢？

在發(fā)明C語言的年代，計算機的存儲資源是非常珍貴的，程序員設計和編寫程序?qū)Υ鎯Y源要精打細算，否則存儲資源就不夠用了。在存儲資源緊張的情況下，程序員優(yōu)先選用占用存儲空間小且能夠滿足數(shù)據(jù)處理要求的整數(shù)類型。即使在當前存儲資源較為寬松的環(huán)境下，程序員在編寫代碼時，通常能預想到需要使用到的數(shù)據(jù)范圍的大小，這樣在處理一個數(shù)據(jù)時，可以從語言所提供的類型中選用最合適的類型來存儲數(shù)據(jù)。

實際上，C語言對short、int、long 并沒有嚴格規(guī)定其長度（占用存儲空間的字節(jié)數(shù)），只做了寬泛的限制：short 至少占用 2 個字節(jié)；int 建議為一個機器字長。32 位環(huán)境下機器字長為 4 字節(jié)，64 位環(huán)境下機器字長為 8 字節(jié)；short 的長度不能大于 int，long 的長度不能小于 int。

由此可見，short 并不一定真的”短“，long 也并不一定真的”長“，它們有可能和 int 占用相同的字節(jié)數(shù)。在 16 位系統(tǒng)下，short 的長度為 2 個字節(jié)，int 也為 2 個字節(jié)，long 為 4 個字節(jié)。在32位和64位操作系統(tǒng)下，short 的長度為 2 個字節(jié)，int 為 4 個字節(jié)，long 也為 4 個字節(jié)，long long類型為8個字節(jié)。

那么問題來了，在實際編程中如何確定一個整型占用的存儲空間大小呢？

C語言提供了sizeof運算符來獲取數(shù)據(jù)類型占用的字節(jié)數(shù)，sizeof運算符傳入的參數(shù)可以是數(shù)據(jù)類型，也可以是變量名稱。例如下面的代碼分別輸出了不同數(shù)據(jù)類型的字節(jié)數(shù)：

#include
void main()
{
char ch = 'a';
printf("short:%d字節(jié)n",sizeof(short));
printf("int:%d字節(jié)n",sizeof(int));
printf("long:%d字節(jié)n",sizeof(long));
printf("long:%d字節(jié)n",sizeof(long long));
printf("ch:%d字節(jié)n",sizeof(ch));
}

執(zhí)行上述代碼，輸出結(jié)果為：

整數(shù)類型有正整數(shù)和負整數(shù)之分，在C語言中，規(guī)定整型的最高位為符號位，最高位為“0”表示正數(shù)，最高位為“1”表示負數(shù)，其它位表示數(shù)值。因此整型類型的數(shù)據(jù)能夠表示的最小值為：-2n-1 —2n-1-1（n為該類型所占存儲空間的二進制位數(shù)）。

一個數(shù)在計算機中的二進制表示形式, 叫做這個數(shù)的機器數(shù)。例如：十進制數(shù)+3，使用8個二進制位表示，轉(zhuǎn)換成二進制就是00000011。如果是 -3 ，就是10000011 。00000011和10000011就是機器數(shù)。

因為最高位是符號位，因此機器數(shù)的形式值不一定等于真正的數(shù)值。例如上面的有符號數(shù) 10000011，其最高位1代表負，其真正數(shù)值是 -3 而不是形式值131（10000011轉(zhuǎn)換成十進制等于131）。為區(qū)別起見，后面的內(nèi)容將帶符號位的機器數(shù)對應的真正數(shù)值稱為機器數(shù)的真值。

下面我們編寫一個簡單的程序，分別輸出+3和-3的機器數(shù)，查看機器數(shù)的形式值是否為機器數(shù)的真值。

#include
void printf_binary(char n);
void main()
{
char positive = 3;
char negative  = -3;
printf_binary(positive);
printf_binary(negative);
}




// 輸出二進制數(shù)
void printf_binary(unsigned char n)
{
char i=0;
for(i=0; i< 8; i++ ){
if(n&(0x80 >?>i)){
printf("1");
}else{
printf("0");
}
}
printf("n");
}

char為字符類型，占用一個字節(jié)的存儲空間，值范圍為-128~127。printf_binary(unsigned char n)函數(shù)將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)輸出，函數(shù)及函數(shù)內(nèi)的語句同學們先不要急于了解，后面的課程都會講到，重點關注程序的輸出結(jié)果

從輸出結(jié)果可以看出，+3的機器數(shù)為0000011，其形式值為3，機器數(shù)的形式值和真值相同。-3的機器數(shù)為11111101，其形式值為253，真值為-3，機器數(shù)的形式值和真值不相同，若把+3和-3的機器數(shù)相加，結(jié)果為0，運算結(jié)果正確。實際上，計算機是以補碼的方式來存儲數(shù)值的。

計算機為什么以補碼方式來存儲數(shù)值呢？對于一個數(shù)，計算機要使用一定的編碼方式進行存儲，原碼、反碼、補碼是機器存儲一個具體數(shù)字的編碼方式。

原碼就是符號位加上真值的絕對值，即最高位是符號位，其余位用來表示值。例如1個8位的二進制數(shù)：

[+3] 原碼：0000 0011

[-3] 原碼：1000 0011

原碼比較容易理解，但不利于計算機的加減計算，因為原碼帶符號位，若對兩個原碼表示的機器數(shù)直接進行加減運算，運算結(jié)果并不正確。若讓計算機能夠識別符號位，計算機的運算電路設計就會非常復雜。因此計算機一般不采用原碼的方式來存儲數(shù)值。

既要讓符號位參與運算，又要讓運算電路設計簡單，使用補碼存儲數(shù)值就會解決這個問題。

補碼應用了數(shù)學中同余的概念，同余的兩個數(shù)具有互補關系。給定一個正整數(shù)m，如果兩個整數(shù)a和b滿足a-b能夠被m整除，即(a-b)/m得到一個整數(shù)，那么就稱整數(shù)a與b對模m同余，a和b具有互補關系。

回到整數(shù)類型， 補碼的計算規(guī)則為最高位是符號位，0表示正數(shù)，1表示負數(shù)，正數(shù)的補碼等于本身，負數(shù)的補碼等于反碼（正數(shù)的反碼等于本身，負數(shù)的反碼除符號位外，各位取反）+1。

例如：

[-3] 原碼：1000 0011 反碼：1111 1100 補碼：1111 1101

前面討論的都是有符號整數(shù)，可以表示正負數(shù)。若只需要處理正整數(shù)，可以在上述類型關鍵字前面添加unsigned關鍵字表示無符號整數(shù)，兩個關鍵字用空格隔開，因為不需要符號位，因此無符號整數(shù)表示的范圍為：0 —2n-1。下表列出了符號整數(shù)的類型。

整型變量可按如下方式聲明：

int pageNumber;

long int size;

short age;

unsigned short readCount;

在一條語句中，可以聲明多個同一類型的整型變量，每個變量之間用逗號分隔：

int pageNumber, likeNumber,readCount;

整型變量可按如下方式定義：

int pageNumber=230；

short age = 21；

unsigned short readCount=1260；

在定義變量或為變量賦值時，常常會用到一些數(shù)值，這些值通常稱為字面值。字面值有三種不同的表示形式：十進制、八進制和十六進制。

八進制表示：在八進制數(shù)值前面加前綴數(shù)字0，其數(shù)碼取值為0—7，例如：023、0457、01329等；

十六進制表示：前綴為“0X”或“0x”，數(shù)碼取值0—9、A—F、或a—f。例如：0X2A、0XA0、0Xffff等;

十進制表示：既無前綴也無后綴。例如：236、56、7890等。

在字面值后面可以添加u或U(unsigned)、l或L(long)、u/U與l/L的組合(如：ul、lu、Lu等)，表示該字面值的類型。例：100u; 123u; 0x123L;

5、浮點類型

浮點類型用來存儲實數(shù)，為什么在C中把實數(shù)稱為浮點數(shù)呢？在C語言中實數(shù)是以指數(shù)形式存放在存儲單元中，類似于科學計數(shù)法形式，如：2.1E5、3.7e-2等，其中e或E之前必須有數(shù)字,且e或E后面的指數(shù)必須為整數(shù)。

一個大于0的實數(shù)可以用下面指數(shù)的方式來表示：

a * 10n （1<=a<10，n為整數(shù)）

其中，a是該數(shù)值的有效位數(shù)，有效位數(shù)從左邊第一個不是0的數(shù)起，到末尾數(shù)字為止，所有的數(shù)字（包括0，科學計數(shù)法不計10的n次方），稱為有效數(shù)字。例如：光速是3E8，其有效數(shù)字是1位，值是3；世界人口數(shù)大約是6.1E9，其有效數(shù)字是2位，值是6.1。

n是該數(shù)值的整數(shù)部分減1的正整數(shù)。

一個小于0的實數(shù)可以用下面指數(shù)的方式來表示：

a * 10-n （1<=a<10，n為整數(shù)）

a的取值同上面相同，n的取值為原數(shù)中左邊第一個不為0的數(shù)字前面所有的0的個數(shù)（包括小數(shù)點前面的0）。

一個實數(shù)表示為指數(shù)形式，通過移動小數(shù)點可以有多種表示方法。例如：實數(shù)3.14159可以表示為以下的指數(shù)形式：

3.14159E0
0.314159E1
314.159E-2

上面的指數(shù)形式因為小數(shù)點所在位置不同，指數(shù)也不同，但實際表示的數(shù)值都是3.14159。因此只要在小數(shù)點位置浮動的同時改變指數(shù)的值，就可以保證它的值不會改變。由于小數(shù)點位置可以浮動，所以實數(shù)的指數(shù)形式稱為浮點數(shù)。

在C語言中，浮點類型有float和double兩種，分別表示單精度浮點數(shù)和雙精度浮點數(shù)。精度是指描述一個數(shù)值的準確程度，在數(shù)學運算中，經(jīng)常會用到近似數(shù)，近似數(shù)與原數(shù)值非常相近，但又不完全符合原數(shù)值，只能說在某種程度上近似。精度與近似數(shù)相似，也是用一個與原數(shù)值非常相近的數(shù)代替原來的數(shù)值。

前面說過存儲一個數(shù)值所用的字節(jié)越多，其精度越高，數(shù)值范圍也越大。由此看來，精度與存儲字節(jié)數(shù)密切相關，float類型的存儲空間是4個字節(jié)，其表示的值范圍約為10-38到1038，double類型的存儲空間是8個字節(jié)，其表示的值范圍約為10-308到10308，float存儲數(shù)值的精度和范圍要小于double存儲數(shù)值的精度和范圍。因此，float是單精度數(shù)值，double是雙精度數(shù)值。

圖 2-4浮點型變量占用的存儲空間

實數(shù)的指數(shù)形式有多種表示方法，計算機在存儲實數(shù)時，一般采用標準化的指數(shù)形式，即小數(shù)點前的數(shù)字為0，小數(shù)點后第1為數(shù)字不為0。例如：0.314159E1就是3.14159的標準化的指數(shù)形式。

float類型的變量占用4個字節(jié)的存儲空間，系統(tǒng)存儲float類型的實數(shù)時，將實數(shù)分為小數(shù)部分和指數(shù)部分。最高位為符號位，小數(shù)部分占23位，剩余的8位存儲實數(shù)的指數(shù)部分（包括指數(shù)的符號）。由于用二進制形式表示一個實數(shù)以及存儲單元的長度是有限的，因此不可能得到完全精確的值，只能存儲成有限的近似值。小數(shù)部分占的位數(shù)愈多，數(shù)的有效數(shù)字愈多，精度也就愈高。指數(shù)部分占的位數(shù)愈多，則能表示的數(shù)值范圍越大。

double類型的變量占用8個字節(jié)的存儲空間，最高位為符號位，小數(shù)部分占52位，剩余的11位存儲實數(shù)的指數(shù)部分（包括指數(shù)的符號）。

float變量可按如下方式定義：

float price = 12.35f;

float average = 89.2f;

double變量可按如下方式定義：

double pi = 3.14159265;

public double average = 89.2987017;

字面值賦值給float變量時，數(shù)值尾部要加上小寫“f”或大寫“F”聲明為float類型的數(shù)值，不然編譯器會給出從“double”到“float”截斷的警告。因為在C語言中，帶小數(shù)的字面值默認為是double類型，double類型轉(zhuǎn)換為float類型，自然要損失精度，位數(shù)被截斷了。

C語言還提供了long double類型，表示長雙精度浮點數(shù)，但C語言并沒有l(wèi)ong double的確切精度，對于不同系統(tǒng)平臺可能有不同的實現(xiàn)，有的是8字節(jié)，有的是10字節(jié)，有的是12字節(jié)或16字節(jié)，C語言函數(shù)sizeof(long double)可以輸出當前系統(tǒng)平臺下long double占用的字節(jié)數(shù)。

浮點類型字面值的后綴有：f或F（單精度浮點數(shù)）、l或L（長雙精度浮點數(shù)），因為浮點型常數(shù)總是有符號的，所以沒有u或U后綴。例：1.23e5f; 1.23L; -123.45f。

6、字符類型

在編寫程序時，我們還經(jīng)常會遇到需要存儲并操縱字符型數(shù)據(jù)的情況。例如：計算數(shù)學算式時，需要存儲運算符，這時就需要一種可以存儲單個字符數(shù)據(jù)（字符包括字母、數(shù)字、運算符號、標點符號和其他符號，以及一些功能性符號）的數(shù)據(jù)類型。C語言提供了一種char數(shù)據(jù)類型，可以滿足存儲單個字符的需要。

計算機中的字符一般采用ASCII碼表示，ASCII碼是一種標準的字符編碼方式，規(guī)定每個字符對應一個數(shù)，例如：十進制數(shù)65對應大寫字母A，97對應小寫字母a。ASCII編碼最后一次更新是在1986年，到目前為止共定義了128個字符。

ASCII字符與編碼映射范圍表：

標準ASCII碼使用7位二進制數(shù)來表示所有的大寫和小寫字母，數(shù)字0 到9、標點符號，以及在美式英語中使用的特殊控制字符。char數(shù)據(jù)類型占用一個字節(jié)的存儲空間，可以表示8位二進制數(shù)，完全可以存儲ASCII碼。

char變量可按如下方式定義：

char code=’a’, op=’*’,digit=’0’;

任意單個字符，加單引號。

char code =97

可以直接把ASCII碼十進制數(shù)97賦值給char型變量code。

上面例句中的‘a(chǎn)’, ’*’, ‘0’為字符字面值，字符字面值需要使用一對單引號括起來，括號內(nèi)只能包含一個字符。除了字符常量可以賦值給char型變量外，0~255的整數(shù)常量也可以賦值給char型變量。char型變量通常用來存儲字符，若存儲的數(shù)值超過ASCII碼范圍，變量的值沒有實際意義。

標準C語言沒有提供byte數(shù)據(jù)類型，byte占1個字節(jié)的存儲空間，表示的數(shù)值范圍是0~255。若需要使用byte數(shù)據(jù)類型，可以使用unsinged char來表示byte數(shù)據(jù)類型。

7、類型轉(zhuǎn)換

C語言是強類型語言，變量的數(shù)據(jù)類型被指定后，會一直保持該數(shù)據(jù)類型。同時C語言對參與賦值運算和算術(shù)運算的操作數(shù)數(shù)據(jù)類型要求必須一致，當參與運算的操作數(shù)數(shù)據(jù)類型不一致時，就需要對操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型進行類型轉(zhuǎn)換，把參與運算的操作數(shù)轉(zhuǎn)換為同一數(shù)據(jù)類型后，再進行運算。

隱式類型轉(zhuǎn)換

例如：

double PI = 3.14;
int  radius = 5;
double s;
s = PI * PI * radius;

在上面的例句中，表達式PI * PI * radius有二個操作數(shù)，PI是double類型，radius是整數(shù)類型。因為操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型不一致，C語言編譯器會對數(shù)據(jù)類型做強制轉(zhuǎn)換，將radius的整數(shù)類型強制轉(zhuǎn)換為double類型。

這種轉(zhuǎn)換是C編譯器自動進行的，開發(fā)者不需要進行任何操作，由C編譯器自動完成，這種類型的轉(zhuǎn)換也稱為隱式轉(zhuǎn)換。

由于不同的數(shù)據(jù)類型存儲空間和表示的數(shù)值精度是不同的，因此在數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換過程中，就會存在數(shù)值精度丟失和數(shù)值溢出的問題。例如：double類型轉(zhuǎn)換為float類型，數(shù)值精度就會丟失；long類型轉(zhuǎn)換為int類型時，如果long類型變量存儲的數(shù)值超過了int類型能夠存儲的數(shù)值范圍，就會發(fā)生數(shù)值溢出。

為了避免在轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生數(shù)值精度丟失和溢出的問題，隱式轉(zhuǎn)換都會遵循從低級數(shù)據(jù)類型到高級類型的轉(zhuǎn)換規(guī)則，也可以說是從數(shù)值存儲精度小的類型到存儲數(shù)值精度高的類型轉(zhuǎn)換。這些數(shù)據(jù)類型按數(shù)值存儲范圍大小依次為：

short->int->long->float->double

下表列出了數(shù)據(jù)類型隱式轉(zhuǎn)換的一般規(guī)則。

【例】類型的隱式轉(zhuǎn)換練習

程序清單 sample.c
#include
int main()
{
// 聲明char類型的變量
char chTemp = 65;
// 聲明int類型的變量
int nTemp = 34;
// 聲明float類型的變量
float fTemp = 29.6f;
// 聲明double類型的變量
double dTemp = 86.69;
printf("char類型的數(shù)據(jù)與float類型的進行相加運算，運算結(jié)果為：%.2fn",(chTemp+fTemp));
printf("float類型的數(shù)據(jù)與double類型的進行相加運算，運算結(jié)果為：%.2fn",(fTemp+dTemp));
printf("char類型的數(shù)據(jù)與int類型的進行相加運算，運算結(jié)果為：%dn",(chTemp+nTemp));
}

7、顯示類型轉(zhuǎn)換

顯示類型轉(zhuǎn)換是相對隱式轉(zhuǎn)換來說的，隱式轉(zhuǎn)換由C編譯器自動進行，不需要開發(fā)者做任何操作。顯示類型轉(zhuǎn)換需要開發(fā)者在代碼中對數(shù)據(jù)類型進行顯示類型轉(zhuǎn)換。

當進行數(shù)據(jù)類型的顯示轉(zhuǎn)換時，程序員需要自身判斷類型轉(zhuǎn)換過程中是否會發(fā)生數(shù)值溢出或精度丟失，當由精度高的類型轉(zhuǎn)換為精度低的類型時，會發(fā)生精度丟失。

顯示轉(zhuǎn)換的一般形式為：

（類型名）要轉(zhuǎn)換的變量或常量

例如：

// 將數(shù)值36.9強制轉(zhuǎn)換為int，精度丟失
int nTemp = (int)36.9;
// 聲明double類型的變量
double dTemp = 12.15;
// 將double類型強制轉(zhuǎn)換為int，精度丟失
int nV  = (int)dTemp;

在上面的例句中，36.9是數(shù)值常量，默認為double類型，顯示轉(zhuǎn)換為int類型并賦值給nTemp，此時nTemp的值為36，精度丟失。

dTemp是double類型的變量，將dTemp的值賦值給int變量時，需要進行顯示轉(zhuǎn)換，int變量只存儲double變量的整數(shù)部分，小數(shù)部分丟失。