C語言詳解關鍵字sizeof與unsigned及signed的用法

2022-06-14 14:03:36

最冤枉的關鍵字sizeof理解

sizeof：確定一種型別在開闢空間的時候的大小。

被誤解為函數

sizeof是關鍵字而不是函數，可以藉助編譯器來確定它的身份。

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

sizeof(a)可以去掉（）說明sizeof不是函數，是關鍵字（操作符），因為函數後面的括號是不能省略的。

sizeof在計算變數所佔的空間大小時，可以省略括號，而計算型別大小時，不能省略括號。

注：sizeof操作符裡面不能有其他運算，否則達不到預期的結果。

sizeof(int)*p 表示什麼意思

#include<stdio.h>
int main()
{
	int* p = NULL;
	int arr[10] = { 0 };
	int* parr[3];
	printf("%dn", sizeof(p));//p是指標變數，指標變數的大小是固定的4或者8
	printf("%dn", sizeof(*p));//指標變數所指的變數所佔的記憶體的大小
	printf("%dn", sizeof(arr));//sizeof（arr)中arr指整個陣列，即10個int型別元素。
	printf("%dn", sizeof(arr[10]));//陣列越界
	printf("%dn", sizeof(&arr));//&arr取得是整個陣列的地址
	printf("%dn", sizeof(&arr[0]));//取的是首元素的地址，相當於指標
	printf("%dn", sizeof(parr));//parr指整個陣列。
	return 0;
}

指標變數p所指向的變數型別為char，指標陣列parr中儲存的指標變數的型別為char時候：

signed與unsigned 關鍵字

有符號整數vs無符號整數

char
unsigned char//無符號的字元型別
//取值範圍是0~255
//無符號表示二進位制的最高位不表示正負，該整型只為正數。
//但可以儲存負數，只是值會變成很大的正數
signed char//有符號字元
//取值範圍是-128~127
//因為字元的本質是ASCII碼值，在記憶體中以ASCII碼值進行儲存，所以劃分到整型家族
short
unsigned short [int]//無符號短整型
signed short [int]//有符號短整型
int
unsigned int//無符號整型
signed int//有符號整型
long
unsigned long [int]//無符號長整型
signed long [int]//有符號整型
long long
unsigned long long [int]//無符號更長的整型
signed long long [int] //有符號更長的整型

char到底是signed char （取值範圍-128~127）還是unsigned char（取值範圍0~255）

標準是為定義的，取決於編譯器的實現，小沐所使用的VS2019環境的char是signed char。

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

int 標準定義是 signed int ，有符號整型，4個位元組，32個位元位

int a = 10；//signed int a
//轉換成二進位制是00000000000000000000000000001010

整形在記憶體的儲存

一個變數的建立是要在記憶體中開闢空間的，空間的大小是根據不同的型別而決定的。

那麼，資料在所開闢記憶體中到底是如何儲存的呢？

計算機儲存數值時時儲存的該數值的二進位制的二補數的，而二補數是通過原碼和反碼進行換算得到的。

任何資料在計算機中，都必須轉換成二進位制，計算機只認識二進位制。

原碼

直接將數值按照正負數的形式翻譯成二進位制就可以得到原碼。

反碼

將原碼的符號位不變，其他位依次按位元取反就可以得到反碼。

二補數

反碼+1就得到二補數。

int a = 10;
//00000000000000000000000000001010 a的原碼
//00000000000000000000000000001010 a的反碼
//00000000000000000000000000001010 a的二補數
//0x0000000a
int b = -10;
//10000000000000000000000000001010 b的原碼
//0x8000000a
//11111111111111111111111111110101 b的反碼
//0xfffffff5
//11111111111111111111111111110110 b的二補數
//0xfffffff6

符號位+資料位

有符號數且正數，原碼，反碼和二補數相同。

有符號數且負數，原碼，反碼和二補數不相同，需要通過計算轉換。計算機記憶體儲的整型必須是二補數，符號位要參與計算的。

無符號數：沒有符號位，原碼，反碼和二補數相同。

int a = 20;

int b = -10;

我們知道，編譯器為 a 分配四個位元組的空間。那如何儲存呢？

首先，對於有符號數，一定要能表示該資料是正數還是負數。所以我們一般用最高位元位來進行充當符號位。

原碼、反碼、二補數

計算機中的有符號數有三種表示方法，即原碼、反碼和二補數。

三種表示方法均有符號位和數值位兩部分，符號位都是用0表示“正”，用1表示“負”，而數值位三種表示方法各不相同。

如果一個資料是負數，那麼就要遵守下面規則進行轉化：

原碼：直接將二進位制按照正負數的形式翻譯成二進位制就可以。

反碼：將原碼的符號位不變，其他位依次按位元取反就可以得到了。

二補數：反碼+1就得到二補數。

如果一個資料是正數，那麼它的原反補都相同。

無符號數：不需要轉化，也不需要符號位，原反補相同。

對於整形來說：資料存放記憶體中其實存放的是二補數。

//字面值轉二補數

int a = 20;

//20是正整數

//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100

int b = -10;

//-10是正整數

//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010

//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101

//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110

二補數轉原碼

方法一：先-1，在符號位不變，按位元取反。

方法二：將原碼到二補數的過程在來一遍。

原反補轉換需要通過計算機硬體來完成，

可以使用一條硬體電路就能完成原反二補數的轉換。

儲存的本質

#include<stdio.h>
int main()
{
	unsigned int a = -10;
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010--  -10的原碼
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110--  -10的二補數
	printf("%dn", a);
	printf("%un", a);
	return 0;
}

無符號整型變數a定義時，先有空間，再有內容，先將內容轉換成二進位制。整型再儲存的時候，空間不關心內容的。

在將資料儲存在空間內的時候，資料已經被轉換成二進位制的二補數。

資料帶上型別才有意義。型別覺得了如何解釋空間內部儲存的二進位制序列。

變數的型別什麼時候起效果？

在讀取資料的過程中，變數的型別起效果。

//變數的存和取過程的結論：

//存：字面資料必須先轉成二補數，在放入空間當中。所以,所謂符號位，完全看資料本身是否攜帶±號。和變數是否有符號

無關！

//取：取資料一定要先看變數本身型別，然後才決定要不要看最高符號位。如果不需要，直接二進位制轉成十進位制。如果需要，則需要轉成原碼，然後才能識別。(當然，最高符號位在哪裡，又要明確大小端)

十進位制二進位制快速轉化

口訣：1後面跟n個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
後面跟n給位元位就是2^n
2^9->1000000000

為什麼儲存的是二補數

在計算機系統中，數值一律用二補數來表示和儲存。原因在於，使用二補數，可以將符號位和數值域統一處理；

同時，加法和減法也可以統一處理（CPU只有加法器）。此外，二補數與原碼相互轉換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬體電路。

大小端

什麼大端小端：

大端（儲存）模式，是指資料的低位儲存在記憶體的高地址中，而資料的高位，儲存在記憶體的低地址中；

小端（儲存）模式，是指資料的低位儲存在記憶體的低地址中，而資料的高位,，儲存在記憶體的高地址中。

例如：

0x11223344

為什麼有大端和小端：

因為在計算機系統中，我們是以位元組為單位的，每個地址單元都對應著一個位元組，一個位元組為8 bit。但是在C語言中除了8 bit的char之外，還有16 bit的short型，32 bit的long型（要看具體的編譯器），另外，對於位數大於8位元的處理器，例如16位元或者32位元的處理器，由於暫存器寬度大於一個位元組，那麼必然存在著一個如何將多個位元組安排的問題。因此就導致了大端儲存模式和小端儲存模式。

例如：一個 16bit 的 short 型 x ，在記憶體中的地址為 0x0010 ， x 的值為 0x1122 ，那麼 0x11 為高位元組， 0x22 為低位元組。對於大端模式，就將 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，剛好相反。我們常用的 X86 結構是小端模式，而 KEIL C51 則為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬體來選擇是大端模式還是小端模式。

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