换个角度带你学C语言的基本数据类型

　　摘要：C语言的基本数据类型，大家从学生时代就开始学习了，但是又有多少人会试图从底层的角度去学习呢？这篇文章会用一问一答的形式，慢慢解析相关的内容和困惑。
　　本文分享自华为云社区《从深入理解底层的角度学习C语言之基本数据类型云社区华为云》，作者：breakDawn。
　　C语言的基本数据类型，大家从学生时代就开始学习了，但是又有多少人会试图从底层的角度去学习呢？这篇文章会用一问一答的形式，慢慢解析相关的内容和困惑。数据类型位数和符号数据类型转换浮点数数据类型位数和符号
　　问：C里的签名和unsigned类型的区别是什么？
　　A：拿unsignedchar无符号char和signedchar有符号char举例（因为他们都是1字节，比较好举例子）
　　假设某个局部变量a，内存里存的都是0xff（即二进制11111111）
　　执行printf（d，a）时，输出的是255，还是1呢？
　　如果a是无符号，那就是255。
　　如果a是有符号，那就是1。
　　Q：为什么有符号的0xff输出的是1？
　　A：这个就是补码的概念。
　　正数的补码就是其本身
　　负数的补码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各位取反，最后1。（即在反码的基础上1）补码的计算方式：如果是1，则负号就是首位的1，而1里的1作为二进制是0000001，取反1，得到1111111，和首位1拼接，变成了11111111。进行printf打印时，C语言通过变量类型，确认11111111的首位是符号位，于是通过补码的反向计算，得到实际真值为1。如果是无符号，则C语言通过变量类型，确认11111111的首位不是符号位，不需要反向计算，于是直接输出255。
　　原码、反码、补码对于1和1的表示如下
　　〔1〕〔00000001〕原〔00000001〕反〔00000001〕补
　　〔1〕〔10000001〕原〔11111110〕反〔11111111〕补
　　Q：已知正负数默认都是补码的形式，为什么不能用原码表示数字呢？即只用第一个标识符号位，后面7位就是代表真实绝对值
　　A：计算机CPU做计算时，无法区别符号位，只会死板的将8位数字进行加法计算。
　　假设做减法，就和下面那样
　　111（1）〔00000001〕原〔10000001〕原〔10000010〕原2
　　可以看到符号位的信息会误导减法的计算。
　　Q：那为什么不用能反码呢
　　A：因为反码对于0的表示有两种情况，11111111可以代表0，而00000000代表0，相当于浪费了。
　　而补码不存在这个情况。11111111代表1，00000000代表0。
　　Q：为什么要有补码？补码有什么好处？
　　A：当计算机执行11时，希望都是用加法的动作来做，且不希望做ifelse判断，根据符号位去判断正负再做加减，对计算机的消耗是很大的。
　　使用补码的机制，则可以将11转成变成1（1）
　　那么1就是补码0xff，和0x01相加，变成了0，即不需要做真正的减法即可
　　Q：刚才提到CPU希望都是位加法，不肯做减法，为什么？
　　A：因为CPU的减、乘、除都是基于加法、移位等操作实现的。
　　加法过程依赖CPU的ALU累加器，累加器背后的电路是数字电路异或门和与门的组合。
　　Q：为什么补码表示的情况下，范围是128到127？为什么补码会比原码和反码多一位？
　　A：就是上面提到的0的问题。原码的10000000、00000000都表示0，补码的11111111和00000000都表示0，而补码只有1个0的表示
　　同时补码有一个100000000，把后7位取反1，等同于128。
　　原码、反码、补码知识详细讲解（此作者是我找到的讲的最细最明白的一个）
　　Q：计算机在CPU做计算时，怎么识别是无符号还是有符号？
　　A：CPU所处理的寄存器、内存中的数本身无符号信息。CPU做加减法时会一起做无符号数的进位有符号数的溢出标志，并不专门对待有符号数和无符号数。
　　有无符号的区别是只属于（中）高级语言的概念，反映到机器语言上，是跟运算及与其结果相关的指令上的区别，而不会反映到CPU所处理的数本身。
　　即CPU处理时，统一用加法处理，但是否要做求补等操作，取决于提供的运算指令。
　　问：C语言的char是签名char还是unsignedchar？
　　一个：当你定义为char时，可能是signedchar，也可能是unsignedchar。这个取决于你编译器的实现。fun签名字符：设置为未签名字符fnosignedchar：设置为非签名字符签名字符：设置为签名字符fnounsignedchar：设置为非无符号字符
　　Q：int有可能像char一样，即可能是signedint也可能是unsignedint吗？
　　A：int一定是有符号int。不会因为编译器不同而不同。
　　Q：为什么char可以区分有符号或者无符号，但是int只能默认为signedint？
　　A：个人理解和应用场景有关，char不一定会参与计算，而int大部分情况下都是有符号计算，因此默认为signedint比较好。
　　问：ILP32、LP64、LLP64分别是什么？
　　A：指的是这个操作系统中，有哪些类型分别是多少位的意思。
　　我指林特
　　L指龙
　　LL指龙长
　　P指点指针
　　32和64就是分别指32位和64位。32位系统一定是ILP32模型64位系统中，unix一般是LP64，而windows则是LLP64即linux中，long是64位，而在windows中，long是32位，而只有longlong是64位
　　Q：为什么windos要用LLP64这么奇怪的模型？这个模型里，long是32位，longlong才是64位。
　　A：来自知乎陈硕大佬的回答：
　　我猜，是因为WindowsAPI从16bit升级到32bit发生得太晚了大约是随1995年发布的Windows95而普及。
　　虽然之前有WindowsNT3。x和Win32s，但似乎比较小众。
　　而Unix从16位升级到32bit发生在1980年前后，当时运行在VAX上的Unix32V和3BSD都是32bit的。
　　造成的结果是，两边的程序对shortintlong的长度形成了不同的习惯认知：
　　Unix程序习惯了int是32bit，而long不一定只有32bit。WindowsDOS习惯了long是32bit，而int有可能是16bit或32bit，因为刚刚从16bit升级上来嘛。
　　当往64bit升级的时候，如果把Windows的long升级到64bit，会破坏原来很多程序的假设，
　　只好用个新的类型来表示64bit整数了。反正LONGLONG在32bit程序中也是64bit整数，干脆用它好了。
　　详细的数据类型展示：
　　PS：从上面可以看到java虚拟机的一个优势，就是对开发者而言，屏蔽了各不同系统情况下的数据位数。
　　Q：那么又有个问题，java虚拟机如何实现不同平台可以跑相同的java代码，不用担心底层数据类型的？
　　A：如图所示，class字节码都是同一份，但是不同的系统，会有不同的虚拟机解释器实现，在解释器实现里处理了不同的数据类型位数情况。数据类型转换
　　Q：C里的隐式类型转换有什么规律？
　　一个：占用字节数少的类型，向占用字节数多的类型转换；整长占用字节数相同情况下，有符号向无符号转换；未签名的int整数类型向浮点类型转换；整数双单精度向双精度转换；浮加倍
　　Q：下面这个例子输出多少，为什么？
　　一个：voidTest（）｛inta1；unsignedb10；if（ab）｛printf（aisgreaterthanb。）；｝else｛printf（aislessthanorequalb。）；｝｝
　　输出b即a大于
　　因为a1，存储的二进制是11111111，强转成unsigned时，二进制没有变，但是对编译器而言表示的大小变成了255了。浮点数
　　float、double、longdouble的比特数、有效位数、数值范围如下：
　　问：下面这个代码输出什么？includestdio。hintmain（void）｛floata9。87654321；floatb9。87654322；if（ab）｛printf（ab）；｝elseif（ab）｛printf（ab）；｝else｛printf（ab）；｝return0；｝
　　A：输出ab，因为float最多7位有效小数点位数。
　　Q：32位float，1bit为符号位，23bit为位数，8bit为指数，这3个划分是如何得到float的有效位数以及数值范围的？
　　A：IEEE754标准理解。
　　【计算机组成原理】IEEE754标准
　　有人问为什么要学习这个？
　　对于高精度场景下的浮点计算，掌握IEEE754的标准很重要，否则无法理解高精度场景时计算过程出现的各种问题，特别是一些金融场景，对于小数点后面的数字会特别敏感。
　　Q：java的BigDecimal类可以表示任意精度，原理是啥？
　　A：BigDecimal的原理很简单，就是将小数扩大N倍，转成整数后再进行计算，同时结合指数，得出没有精度损失的结果。
　　以long型的intCompact和scale来存储精确的值。
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