数据类型

C语言中，数据类型包括：基本类型（整型、浮点型、字符型），复合类型（数组、结构体、联合体、枚举），指针类型。这篇笔记我们介绍C语言中基本数据类型相关的知识，有关复合数据类型和指针将在后续章节介绍。

什么是数据类型

数据类型是对数据的抽象，相同类型的数据有相同的表示形式、存储格式以及相关操作。编程语言中所有的数据都必定属于某种类型。可以这样简单的理解：数据类型就是创建变量的模具。

整型

C语言中，整型包括char，short，int，long int（简写为long），long long int（简写为long long），signed和unsigned表示有符号数或无符号数。八进制数以0开头，十六进制以0x开头，字面值结尾加u表示unsigned，加L表示long。

整型的长度可参考下表。

类型 ILP32 LP64
char 8 8
short 16 16
int 32 32
long 32 64
long long 64 64
指针 32 64

注：ILP32/LP64指Intel x86/64平台，Linux，gcc编译器。

浮点型

C语言中，浮点型包括float，double，long double。IEEE754标准中，float为32位，double为64位，long double则平台差异较大，不能一概而论。

类型转换

C语言中，类型转换可以分为隐式类型转换和强制类型转换。其中，隐式转换虽然规则看起来很复杂，但实际使用时并不需要考虑太多，下面我们简单介绍。

Integer Promotion（整型提升）

在一个表达式中，凡是可以使用int或unsigned int类型做右值的地方也都可以使用有符号或无符号的char类型、short类型。如果原始类型的取值范围都能用int类型表示，则其类型被提升为int，如果原始类型的取值范围用int类型表示不了，则提升为unsigned int型，这称为Integer Promotion（整型提升）。

整型提升只影响上述几种类型的值，对其它类型无影响。C99规定整型提升适用于以下几种情况：

  1. 如果一个函数的形参类型未知，或者函数的参数列表中有...，那么调用函数时要对相应的实参做整型提升。此外，相应的实参如果是float类型的也要被提升为double类型，这条规则称为Default Argument Promotion（默认参数提升）。
  2. 算术运算中存在类型转换，有符号或无符号的char型、short型在做算术运算之前首先要做整型提升，然后才能参与计算。例：
unsigned char c1 = 255, c2 = 2;
int n = c1 + c2;

Usual Arithmetic Conversion（常用算数转换）

  1. 如果有一边的类型是long double，则把另一边也转成long double。
  2. 否则，如果有一边的类型是double，则把另一边也转成double。
  3. 否则，如果有一边的类型是float，则把另一边也转成float。
  4. 否则，两边应该都是整型，首先按上一小节讲过的规则对a和b做整型提升，如果类型仍不相同，则需要继续转换。首先我们规定char、short、int、long、long long的转换级别（ Integer Conversion Rank） 一个比一个高，同一类型的有符号和无符号数具有相同的Rank。转换规则如下：
    1. 如果两边都是有符号数，或者都是无符号数，那么较低Rank的类型转换成较高Rank的类型。例如unsigned int和unsigned long做算术运算时都转成unsigned long。
    2. 否则，如果一边是无符号数另一边是有符号数，无符号数的Rank不低于有符号数的Rank，则把有符号数转成另一边的无符号类型。例如unsigned long和int做算术运算时都转成unsigned long，unsigned long和long做算术运算时也都转成unsigned long。
    3. 剩下的情况是：一边有符号另一边无符号，并且无符号数的Rank低于有符号数的Rank。这时又分为两种情况，如果这个有符号数类型能够覆盖这个无符号数类型的取值范围，则把无符号数转成另一边的有符号类型。例如遵循LP64的平台上unsigned int和long在做算术运算时都转成long。
    4. 否则，也就是这个有符号数类型不足以覆盖这个无符号数类型的取值范围，则把两边都转成有符号数的Rank对应的无符号类型。例如在遵循ILP32的平台上unsigned int和long在做算术运算时都转成unsigned long。

赋值产生的类型转换

如果赋值或初始化时等号两边的类型不相同，则编译器会把等号右边的类型转换成等号左边的类型再做赋值。函数参数、返回值也是赋值的过程，也是同理的。

强制类型转换

例如计算表达式(double)3 + i，首先将整数3强制转换成double型（值为3.0），然后和整型变量i相加，这时适用Usual Arithmetic Conversion规则，首先把i也转成double型，然后两者相加，最后整个表达式也是double型的。

编译器处理类型转换

现在要把一个M位的类型（值为X）转换成一个N位的类型，所有可能的情况如下表所示。实际上下图中容易出错的做法很少出现，全部转换不需要记住，遇到bug能想到这方面现查即可。

typedef 数据类型别名

typedef可以给一个数据类型起别名，下面是一个例子。

typedef unsigned int u32;

typedef struct complex_struct
{
    double x, y;
} complex_struct;

代码中，我们给unsigned int起了别名u32，给struct complex_struct起了别名complex_struct，使用这些数据类型声明变量时我们可以直接使用别名。

注意：不要滥用别名！过度使用别名是一种画蛇添足的行为，不仅不会提升代码可读性，反而会严重降低代码可读性。

void类型

C语言中有一种特殊的“空”类型void，它也有对应的指针类型void *（参考指针相关章节）。void类型单独使用没有意义，它的意义在于对函数参数和函数返回进行限定。

void printMessage(void)
{
    printf("Hello, world!\n");
}

参数中的void表示该函数不接受任何参数，返回值中的void表示该函数不返回任何值。

sizeof操作符

sizeof是一个特殊的运算符，它能返回变量或类型在内存中分配空间时分配的字节数。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(int));
    printf("%zu\n", sizeof 1);
    return 0;
}
作者：Gacfox
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