C语言数据类型与变量 系统总结笔记

一、C语言数据类型体系

1.1 基本数据类型（按存储大小排序）

整型家族

// 有符号整型（默认）
char          // 1字节，范围：-128 ~ 127
short         // 2字节，范围：-32768 ~ 32767
int           // 通常4字节，范围：-2^31 ~ 2^31-1
long          // 4或8字节，依赖平台
long long     // 8字节，C99引入

// 无符号整型（加unsigned前缀）
unsigned char   // 0 ~ 255
unsigned short  // 0 ~ 65535
unsigned int    // 0 ~ 2^32-1

实型（浮点型）

float        // 4字节，单精度，约6-7位有效数字
double       // 8字节，双精度，约15-16位有效数字
long double  // 通常10或16字节，扩展精度

字符型

char          // 实际存储ASCII码值（整型）
// 特殊字符：'\n'(换行)、'\t'(制表)、'\\'(反斜杠)

空类型

void  // 表示"无类型"，用于函数返回值/参数、通用指针

1.2 派生/构造数据类型

• 数组类型：int arr[10];
• 指针类型：int *ptr;
• 结构体类型：struct Student {...};
• 共用体类型：union Data {...};
• 枚举类型：enum Color {...};
• 函数类型：int func(int a, int b);

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二、变量详解

2.1 变量三要素

1. 类型：决定存储空间和操作方式
2. 名称：标识符规则
3. 值：存储在内存中的数据

2.2 变量定义语法

// 标准格式：[存储类别] 数据类型 变量名 [= 初始值];
int count;              // 声明未初始化（值不确定）
double price = 99.95;   // 声明并初始化
char grade = 'A';       // 字符初始化

2.3 变量命名规范

• 组成：字母、数字、下划线
• 开头：字母或下划线（不能数字）
• 区分大小写：count ≠ Count
• 避开关键字：int, return, if等32个关键字
• 建议：见名知意，小写+下划线风格

2.4 变量初始化要点

int a = 10;           // 直接初始化
int b = 3 * 5;        // 表达式初始化
int c = a + b;        // 变量表达式初始化

// 数组初始化
int arr1[3] = {1, 2, 3};
int arr2[] = {1, 2, 3};  // 自动推断长度

// 结构体初始化
struct Point {
    int x;
    int y;
};
struct Point p1 = {10, 20};

2.5 常量的定义

#define PI 3.1415926      // 宏常量（预处理阶段替换）

const int MAX_SIZE = 100; // const常量（编译期检查）
const float TAX_RATE = 0.08;

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三、类型修饰符与限定符

3.1 符号修饰符

signed int a;     // 有符号（默认可省略）
unsigned int b;   // 无符号（仅非负）

3.2 大小修饰符

short int s;      // 短整型
long int l;       // 长整型
long double ld;   // 长双精度

3.3 类型限定符（C99）

const int days = 365;      // 值不可修改
volatile int sensor;       // 防止编译器优化（硬件相关）
restrict int *ptr;         // 指针独占访问提示（性能优化）

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四、数据类型关键特性

4.1 类型大小与范围

#include <limits.h>
#include <float.h>

printf("int范围: %d ~ %d\n", INT_MIN, INT_MAX);
printf("float精度: %d位\n", FLT_DIG);

4.2 类型转换

隐式（自动）转换

• 规则：小类型→大类型（避免数据丢失）
• 方向：char → short → int → long → float → double

int i = 10;
float f = 3.14;
double d = i + f;  // i自动转float，再转double

显式（强制）转换

double pi = 3.14159;
int intPi = (int)pi;        // 截断小数，intPi = 3
float f = (float)10 / 3;    // 10.0 / 3.0

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五、内存视角理解

5.1 变量内存布局

int num = 42; 在内存中（假设32位系统）：
地址: 0x1000  0x1001  0x1002  0x1003
数据:  00      00      00      2A  (十六进制，小端序)

5.2 数据存储原理

• 整型：补码表示（正数原码，负数补码）
• 浮点型：IEEE 754标准（符号位+指数位+尾数位）
• 字符型：ASCII码值存储

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六、编程实践要点

6.1 类型选择原则

1. 整型优先考虑int，满足范围再用long
2. 浮点默认用double，节省内存用float
3. 明确正负性：非负数据用unsigned
4. 精确计算避免浮点误差（如货币用整数分存储）

6.2 常见问题与解决

// 1. 整数溢出
unsigned int max = UINT_MAX;
max = max + 1;  // 回绕到0（定义行为）

// 2. 浮点比较误差
float a = 0.1 + 0.2;
float b = 0.3;
if (fabs(a - b) < 1e-6)  // 不用 == 直接比较

// 3. 符号扩展问题
char c = -1;
int i = c;      // i = -1（符号扩展）
unsigned int u = c;  // u = 4294967295（问题！）

6.3 好的实践

// 明确初始化
int count = 0;
float total = 0.0f;

// 使用类型定义增强可读性
typedef unsigned int uint32_t;
typedef unsigned char byte;

// 合理使用const保护数据
const int MAX_RETRY = 3;
const float PI = 3.1415926f;

// 注意混合运算类型
double result = 10.0 / 3;   // 10.0 / 3.0，而非整数除法

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七、快速参考表

类型	典型大小	格式符	范围示例
char	1字节	%c	-128~127
unsigned char	1字节	%c	0~255
short	2字节	%hd	-32768~32767
unsigned short	2字节	%hu	0~65535
int	4字节	%d	-2.1e9~2.1e9
unsigned int	4字节	%u	0~4.3e9
long	4/8字节	%ld	-9.2e18~9.2e18(64位)
float	4字节	%f	约±3.4e±38
double	8字节	%lf	约±1.7e±308

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八、核心概念总结

1. 数据类型是编译器的内存分配蓝图

   • 决定变量占多少字节
   • 决定如何解释存储的二进制
   • 决定能进行的运算操作

2. 变量是命名的内存空间

   • 必须先定义后使用
   • 生命周期由作用域决定
   • 值可改变（除非const限定）

3. 类型安全是C程序员的责任

   • C语言类型检查较宽松
   • 需自行确保类型兼容性
   • 避免隐式类型转换的陷阱

4. 选择类型的三要素

   • 需要的数值范围
   • 需要的精度
   • 内存和性能考量

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