C语言详解关键字sizeof与unsigned及signed的用法

2022-11-13 10:11:33 关键字详解用法

最冤枉的关键字sizeof理解

sizeof：确定一种类型在开辟空间的时候的大小。

被误解为函数

sizeof是关键字而不是函数，可以借助编译器来确定它的身份。

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	printf("%d\n", sizeof(a));
	printf("%d\n", sizeof(int));
	printf("%d\n", sizeof a);
	printf("%d\n", sizeof int);//error
	return 0;
}

sizeof(a)可以去掉（）说明sizeof不是函数，是关键字（操作符），因为函数后面的括号是不能省略的。

sizeof在计算变量所占的空间大小时，可以省略括号，而计算类型大小时，不能省略括号。

注：sizeof操作符里面不能有其他运算，否则达不到预期的结果。

sizeof(int)*p 表示什么意思

#include<stdio.h>
int main()
{
	int* p = NULL;
	int arr[10] = { 0 };
	int* parr[3];
	printf("%d\n", sizeof(p));//p是指针变量，指针变量的大小是固定的4或者8
	printf("%d\n", sizeof(*p));//指针变量所指的变量所占的内存的大小
	printf("%d\n", sizeof(arr));//sizeof（arr)中arr指整个数组，即10个int类型元素。
	printf("%d\n", sizeof(arr[10]));//数组越界
	printf("%d\n", sizeof(&arr));//&arr取得是整个数组的地址
	printf("%d\n", sizeof(&arr[0]));//取的是首元素的地址，相当于指针
	printf("%d\n", sizeof(parr));//parr指整个数组。
	return 0;
}

指针变量p所指向的变量类型为char，指针数组parr中存储的指针变量的类型为char时候：

signed与unsigned 关键字

有符号整数vs无符号整数

char
unsigned char//无符号的字符类型
//取值范围是0~255
//无符号表示二进制的最高位不表示正负，该整型只为正数。
//但可以储存负数，只是值会变成很大的正数
signed char//有符号字符
//取值范围是-128~127
//因为字符的本质是ASCII码值，在内存中以ASCII码值进行存储，所以划分到整型家族
short
unsigned short [int]//无符号短整型
signed short [int]//有符号短整型
int
unsigned int//无符号整型
signed int//有符号整型
long
unsigned long [int]//无符号长整型
signed long [int]//有符号整型
long long
unsigned long long [int]//无符号更长的整型
signed long long [int] //有符号更长的整型

char到底是signed char （取值范围-128~127）还是unsigned char（取值范围0~255）

标准是为定义的，取决于编译器的实现，小沐所使用的VS2019环境的char是signed char。

char a;// signed char a 或者 unsigned char a

int 标准定义是 signed int ，有符号整型，4个字节，32个比特位

int a = 10；//signed int a
//转换成二进制是00000000000000000000000000001010

整形在内存的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的，空间的大小是根据不同的类型而决定的。

那么，数据在所开辟内存中到底是如何存储的呢？

计算机存储数值时时存储的该数值的二进制的补码的，而补码是通过原码和反码进行换算得到的。

任何数据在计算机中，都必须转换成二进制，计算机只认识二进制。

原码

直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。

反码

将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。

补码

反码+1就得到补码。

int a = 10;
//00000000000000000000000000001010 a的原码
//00000000000000000000000000001010 a的反码
//00000000000000000000000000001010 a的补码
//0x0000000a
int b = -10;
//10000000000000000000000000001010 b的原码
//0x8000000a
//11111111111111111111111111110101 b的反码
//0xfffffff5
//11111111111111111111111111110110 b的补码
//0xfffffff6

符号位+数据位

有符号数且正数，原码，反码和补码相同。

有符号数且负数，原码，反码和补码不相同，需要通过计算转换。计算机内存储的整型必须是补码，符号位要参与计算的。

无符号数：没有符号位，原码，反码和补码相同。

int a = 20;

int b = -10;

我们知道，编译器为 a 分配四个字节的空间。那如何存储呢？

首先，对于有符号数，一定要能表示该数据是正数还是负数。所以我们一般用最高比特位来进行充当符号位。

原码、反码、补码

计算机中的有符号数有三种表示方法，即原码、反码和补码。

三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”，而数值位三种表示方法各不相同。

如果一个数据是负数，那么就要遵守下面规则进行转化：

原码：直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。

反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到了。

补码：反码+1就得到补码。

如果一个数据是正数，那么它的原反补都相同。

无符号数：不需要转化，也不需要符号位，原反补相同。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

//字面值转补码

int a = 20;

//20是正整数

//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100

int b = -10;

//-10是正整数

//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010

//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101

//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110

补码转原码

方法一：先-1，在符号位不变，按位取反。

方法二：将原码到补码的过程在来一遍。

原反补转换需要通过计算机硬件来完成，

可以使用一条硬件电路就能完成原反补码的转换。

存储的本质

#include<stdio.h>
int main()
{
	unsigned int a = -10;
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010--  -10的原码
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110--  -10的补码
	printf("%d\n", a);
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}

无符号整型变量a定义时，先有空间，再有内容，先将内容转换成二进制。整型再存储的时候，空间不关心内容的。

在将数据保存在空间内的时候，数据已经被转换成二进制的补码。

数据带上类型才有意义。类型觉得了如何解释空间内部保存的二进制序列。

变量的类型什么时候起效果？

在读取数据的过程中，变量的类型起效果。

//变量的存和取过程的结论：

//存：字面数据必须先转成补码，在放入空间当中。所以,所谓符号位，完全看数据本身是否携带±号。和变量是否有符号

无关！

//取：取数据一定要先看变量本身类型，然后才决定要不要看最高符号位。如果不需要，直接二进制转成十进制。如果需要，则需要转成原码，然后才能识别。(当然，最高符号位在哪里，又要明确大小端)

十进制二进制快速转化

口诀：1后面跟n个0，就是2的n次方

67->64++1-->2^6+2^1+2^0
0000 0000 0000 0000 0000 0000 00100 0011
1->2^0
10->2^1
100->2^2
1000->2^3
后面跟n给比特位就是2^n
2^9->1000000000

为什么存储的是补码

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；

同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）。此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

大小端

什么大端小端：

大端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；

小端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位,，保存在内存的高地址中。

例如：

0x11223344

为什么有大端和小端：

因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8 bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外，还有16 bit的short型，32 bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

例如：一个 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x0010 ， x 的值为 0x1122 ，那么 0x11 为高字节， 0x22 为低字节。对于大端模式，就将 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式，而 KEIL C51 则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

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