【嵌入式修炼之路】- C语言第一课之数据类型

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为什么学习C语言

学习嵌入式的第一步必须要搞懂C语言，不管后面是从事硬件开发、还是底层开发、还是应用开发，都离不开C语言。C语言效率高是一个根本原因，毫不夸张的说，没有C语言，就没有计算机，没有现在我们能看到的一切智能电子设备。

前面专门有文章讲解了C语言在工作中的实际应用，大家可以阅读下。

详细盘点C语言在工作中的实际应用

C语言学习路线

C语言的学习需要从基本的数据类型学起，类容很多，包括运算符、表达式、数组、指针、函数、内存管理等等，在这里也给大家详细总结了一下。

学益得智能硬件-C语言学习路线

数据类型

C语言在运行的过程中需要保存数据，保存数据就需要内存，需要多大的内存呢？于是C语言就造出了数据类型的概念，不同的数据类型占用不同大小的内存空间，比如你想保存一个整数，编译器就给你分配4个字节，你想保存一个字符，编译器就给你分配1个字节。

数据类型分类

数据类型的分类没有固定的标准，我这里暂且把他们分为两类，基本数据类型和复合数据类型。

• 空类型：void 一般用于函数的返回值；
• 字符型：char 比如我们常见的字母，‘a’、‘b’、‘c’等等，字符在C语言中用单引号表示；
• 数值型：int 用来表示常见的数字，1、2、3等等；
• 短整型：short 短整型一般来说，表示的范围比int小；
• 长整型：long 长整型一般来说，表示的范围比整型长（注意一般，比如32位操作系统就是一样长）；
• 浮点型：float 可以表示小数，精确到小数点后6位；
• 双精度浮点型：double 可以表示小数，表示的范围比float更大，精确到小数点后15位。

字符型数据和数值型数据都有符号之分，分为有符号和无符号。所谓有符号，就是既能表示整数也能表示负数。所谓无符号数，只能表示正数。

int a;             //等价于 signed int a; 定义一个有符号的整数
unsigned int b;    //定义无符号整数b，b只能用于保存正数
char c;            //等价于 signed char c; 定义有符号字符
unsigned char d;   //定义无符号字符

字符为什么还有符号一说？难道还有‘-a‘这个东西吗？

这得从字符在内存中的表示说起。计算机只能识别二进制，就是高低电平（要么有电、要么没电）。所以内存里面保存的数据要么是1，要么是0。但是这样的话字符’a‘就没法表示了，他跟数字没有关系，不能转换成二进制。于是就想了一个方法，把’a‘转换成数字，就是所谓的ASC码。可以理解成，每个字符都对应一个数字，比如’a‘对应的是97，所以’a‘在内存里面的存储就是数字97，只不过’a‘是用一个字节来表示97，整数97是用四个字节表示。

ASCII码表

复合数据类在这不做过多解释，后面都会作为一个专题来讲。

数据类型长度

每个数据类型长度必须搞清楚，笔试的重点内容，虽然不会直接问你char占几个字节，但是会放在结构体里面考查。涉及到两个知识点：

1. 数据类型长度
2. 数据表示范围

数据类型长度在不同的操作系统上略微有不同，大部分情况下都是按照32位操作系统计算。如何判断数据类型长度？sizeof可以解决。

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%ld\n", sizeof(char));    //sizeof是关键字，不是函数，用于求数据类型的长度
    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位操作系统里面，结果是char 1字节，short 2字节，int 4字节，long 4字节，float 4字节，double 8字节，64位操作系统略有不同，比如long 8字节。

字节是什么？内存是以字节为单位，就像教学楼一样，以教室为单位，每个教室都有一个门牌号。内存也是，每个字节都有一个地址，一个整数会占用4个地址。每个字节由8位二进制数组成，就像每间教室有8个作为一样，每个座位有两种状态，要么有人，要么没人。

下面尝试着计算类型【char】能表示的范围。

char在内存中占1个字节，每个字节由8位二进制数组成。

先来研究无符号char，无符号char的8位全部用来表示数值，于是得到最大值：

对这个数值加1，得到100000000，即2^8，256，减一，得到255。无符号char能表示的最大数就是255。

最小数：

无符号char能表示的最小数0。

再考虑有符号的情况。有符号数，最高位用来表示符号位， 0表示正数，1表示负数。 于是得到最大数：

这个数字是 128 - 1 = 127，有符号字符能表示的最大数是127。

最小数肯定是负数，所以第一位应该是1。于是很多同学误以为，最小数：

这个数字是-127。所以有符号char能表示的范围是-127到127？显示不是，0到255可以表示256个整数，-127到+127能表示255个整数，明显少了一个，原因在于：

这两个数字重复了，一个是-0，一个是+0。所以在计算机中，0的表示应该是：

如果写成这样：

表示最小数-128。所以有符号char能表示的范围 -128 到 127。

关于数据类型，最重要的还是要搞清楚数据在内存里面是怎么存放的，比如负数在内存中以补码形式存储。下面计算一下在 char 类型中，为什么 -128 - 1 = 127 ？

-128的二进制 10000000，先计算反码， 11111111，再计算补码（反码加1） 10000000，符号位保持不变，其实相当于是越界了，超过了8位，所以最高位1去掉。同理可得 -1 的补码。

最终的结果是 101111111，因为char只有1个字节，只有8位，所以最高位去掉，结果是 01111111，即127。

最后给大家留一个微软经典的笔试题：

unsigned int a = 3;

a * -1 = ?             //不仅涉及到负数在内存的存储，还涉及到混合运算

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