【嵌入式修煉之路】- C語言第一課之數據類型

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爲什麼學習C語言

學習嵌入式的第一步必須要搞懂C語言，不管後面是從事硬件開發、還是底層開發、還是應用開發，都離不開C語言。C語言效率高是一個根本原因，毫不誇張的說，沒有C語言，就沒有計算機，沒有現在我們能看到的一切智能電子設備。

前面專門有文章講解了C語言在工作中的實際應用，大家可以閱讀下。

詳細盤點C語言在工作中的實際應用

C語言學習路線

C語言的學習需要從基本的數據類型學起，類容很多，包括運算符、表達式、數組、指針、函數、內存管理等等，在這裏也給大家詳細總結了一下。

學益得智能硬件-C語言學習路線

數據類型

C語言在運行的過程中需要保存數據，保存數據就需要內存，需要多大的內存呢？於是C語言就造出了數據類型的概念，不同的數據類型佔用不同大小的內存空間，比如你想保存一個整數，編譯器就給你分配4個字節，你想保存一個字符，編譯器就給你分配1個字節。

數據類型分類

數據類型的分類沒有固定的標準，我這裏暫且把他們分爲兩類，基本數據類型和複合數據類型。

• 空類型：void 一般用於函數的返回值；
• 字符型：char 比如我們常見的字母，‘a’、‘b’、‘c’等等，字符在C語言中用單引號表示；
• 數值型：int 用來表示常見的數字，1、2、3等等；
• 短整型：short 短整型一般來說，表示的範圍比int小；
• 長整型：long 長整型一般來說，表示的範圍比整型長（注意一般，比如32位操作系統就是一樣長）；
• 浮點型：float 可以表示小數，精確到小數點後6位；
• 雙精度浮點型：double 可以表示小數，表示的範圍比float更大，精確到小數點後15位。

字符型數據和數值型數據都有符號之分，分爲有符號和無符號。所謂有符號，就是既能表示整數也能表示負數。所謂無符號數，只能表示正數。

int a;             //等價於 signed int a; 定義一個有符號的整數
unsigned int b;    //定義無符號整數b，b只能用於保存正數
char c;            //等價於 signed char c; 定義有符號字符
unsigned char d;   //定義無符號字符

字符爲什麼還有符號一說？難道還有‘-a‘這個東西嗎？

這得從字符在內存中的表示說起。計算機只能識別二進制，就是高低電平（要麼有電、要麼沒電）。所以內存裏面保存的數據要麼是1，要麼是0。但是這樣的話字符’a‘就沒法表示了，他跟數字沒有關係，不能轉換成二進制。於是就想了一個方法，把’a‘轉換成數字，就是所謂的ASC碼。可以理解成，每個字符都對應一個數字，比如’a‘對應的是97，所以’a‘在內存裏面的存儲就是數字97，只不過’a‘是用一個字節來表示97，整數97是用四個字節表示。

ASCII碼錶

複合數據類在這不做過多解釋，後面都會作爲一個專題來講。

數據類型長度

每個數據類型長度必須搞清楚，筆試的重點內容，雖然不會直接問你char佔幾個字節，但是會放在結構體裏面考查。涉及到兩個知識點：

1. 數據類型長度
2. 數據表示範圍

數據類型長度在不同的操作系統上略微有不同，大部分情況下都是按照32位操作系統計算。如何判斷數據類型長度？sizeof可以解決。

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%ld\n", sizeof(char));    //sizeof是關鍵字，不是函數，用於求數據類型的長度
    printf("%ld\n", sizeof(int));
    printf("%ld\n", sizeof(short));
    printf("%ld\n", sizeof(long));
    printf("%ld\n", sizeof(float));
    printf("%ld\n", sizeof(double));
    
    return 0;
}

在32位操作系統裏面，結果是char 1字節，short 2字節，int 4字節，long 4字節，float 4字節，double 8字節，64位操作系統略有不同，比如long 8字節。

字節是什麼？內存是以字節爲單位，就像教學樓一樣，以教室爲單位，每個教室都有一個門牌號。內存也是，每個字節都有一個地址，一個整數會佔用4個地址。每個字節由8位二進制數組成，就像每間教室有8個作爲一樣，每個座位有兩種狀態，要麼有人，要麼沒人。

下面嘗試着計算類型【char】能表示的範圍。

char在內存中佔1個字節，每個字節由8位二進制數組成。

先來研究無符號char，無符號char的8位全部用來表示數值，於是得到最大值：

對這個數值加1，得到100000000，即2^8，256，減一，得到255。無符號char能表示的最大數就是255。

最小數：

無符號char能表示的最小數0。

再考慮有符號的情況。有符號數，最高位用來表示符號位， 0表示正數，1表示負數。 於是得到最大數：

這個數字是 128 - 1 = 127，有符號字符能表示的最大數是127。

最小數肯定是負數，所以第一位應該是1。於是很多同學誤以爲，最小數：

這個數字是-127。所以有符號char能表示的範圍是-127到127？顯示不是，0到255可以表示256個整數，-127到+127能表示255個整數，明顯少了一個，原因在於：

這兩個數字重複了，一個是-0，一個是+0。所以在計算機中，0的表示應該是：

如果寫成這樣：

表示最小數-128。所以有符號char能表示的範圍 -128 到 127。

關於數據類型，最重要的還是要搞清楚數據在內存裏面是怎麼存放的，比如負數在內存中以補碼形式存儲。下面計算一下在 char 類型中，爲什麼 -128 - 1 = 127 ？

-128的二進制 10000000，先計算反碼， 11111111，再計算補碼（反碼加1） 10000000，符號位保持不變，其實相當於是越界了，超過了8位，所以最高位1去掉。同理可得 -1 的補碼。

最終的結果是 101111111，因爲char只有1個字節，只有8位，所以最高位去掉，結果是 01111111，即127。

最後給大家留一個微軟經典的筆試題：

unsigned int a = 3;

a * -1 = ?             //不僅涉及到負數在內存的存儲，還涉及到混合運算

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