摘要： C語言的基本資料型別，大家從學生時代就開始學習了，但是又有多少人會試圖從底層的角度去學習呢？這篇文章會用一問一答的形式，慢慢解析相關的內容和困惑。
本文分享自華為雲社群《從深入理解底層的角度學習C語言之基本資料型別》，作者： breakDawn 。
C語言的基本資料型別，大家從學生時代就開始學習了，但是又有多少人會試圖從底層的角度去學習呢？這篇文章會用一問一答的形式，慢慢解析相關的內容和困惑。
- 資料型別位數和符號
- 資料型別轉換
- 浮點數
資料型別位數和符號
Q: C裡的signed 和unsigned型別的區別是什麼？
A：拿unsigned char無符號char 和 signed char有符號char舉例（因為他們都是1位元組，比較好舉例子）
假設某個區域性變數a，記憶體裡存的都是0xff(即二進位制11111111)
執行printf("%d",a)時， 輸出的是255，還是-1呢？
如果a是無符號，那就是255。
如果a是有符號，那就是-1。
Q:為什麼有符號的0xff輸出的是-1？
A:這個就是補碼的概念。
正數的補碼就是其本身
負數的補碼是在其原碼的基礎上, 符號位不變, 其餘各位取反, 最後+1. (即在反碼的基礎上+1)
- 補碼的計算方式：如果是-1，則負號就是首位的“1”， 而“-1”裡的1作為二進位制是0000001，取反+1，得到1111111， 和首位1拼接，變成了11111111.
- 進行printf列印時，C語言通過變數型別，確認11111111的首位是符號位，於是通過補碼的反向計算，得到實際真值為-1。
- 如果是無符號，則C語言通過變數型別，確認11111111的首位不是符號位，不需要反向計算，於是直接輸出255。
原碼、反碼、補碼對於+1和-1的表示如下
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]補
[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]補
Q: 已知正負數預設都是補碼的形式，為什麼不能用原碼錶示數字呢？即只用第一個識別符號號位，後面7位就是代表真實絕對值
A:計算機CPU做計算時，無法區別符號位，只會死板的將8位數字進行加法計算。
假設做減法，就和下面那樣
1 - 1 = 1 + (-1) = [00000001]原 + [10000001]原 = [10000010]原 = -2
可以看到符號位的資訊會誤導減法的計算。
Q: 那為什麼不用能反碼呢
A:因為反碼對於0的表示有兩種情況，11111111可以代表-0，而00000000代表+0，相當於浪費了。
而補碼不存在這個情況。11111111代表-1,00000000代表0。
Q: 為什麼要有補碼？補碼有什麼好處？
A:當計算機執行1 - 1時， 希望都是用加法的動作來做，且不希望做if-else判斷，根據符號位去判斷正負再做加減，對計算機的消耗是很大的。
使用補碼的機制，則可以將1-1轉成變成1+(-1)
那麼-1就是補碼0xff，和0x01相加，變成了0，即不需要做真正的減法即可
Q: 剛才提到CPU希望都是位加法，不肯做減法，為什麼？
A:因為CPU的減、乘、除都是基於加法、移位等操作實現的。
加法過程依賴CPU的ALU累加器，累加器背後的電路是數位電路異或門和與門的組合。
Q: 為什麼補碼錶示的情況下，範圍是-128到127？為什麼補碼會比原碼和反碼多一位？
A:就是上面提到的0的問題。原碼的10000000、00000000都表示0，補碼的11111111和00000000都表示0，而補碼只有1個0的表示
同時補碼有一個100000000， 把後7位取反+1，等同於-128。
原碼、反碼、補碼知識詳細講解（此作者是我找到的講的最細最明白的一個）
Q: 計算機在CPU做計算時，怎麼識別是無符號還是有符號？
A:CPU 所處理的暫存器、記憶體中的數本身無符號資訊。CPU 做加減法時會一起做無符號數的進位/有符號數的溢位標誌，並不專門對待有符號數和無符號數。
有無符號的區別是隻屬於（中）高階語言的概念，反映到機器語言上，是跟運算及與其結果相關的指令上的區別，而不會反映到 CPU 所處理的數本身。
即CPU處理時，統一用加法處理，但是否要做求補等操作，取決於提供的運算指令。
Q: C語言的char是signed char還是unsigned char？
A: 當你定義為char時， 可能是signed char，也可能是unsigned char。
這個取決於你編譯器的實現。
-funsigned-char : 設定為 unsigned char
-fno-signed-char : 設定為 非 signed char
-fsigned-char : 設定為 signed char
-fno-unsigned-char : 設定為 非 unsigned char
Q: int有可能像char一樣，即可能是signed int也可能是unsigned int嗎？
A:int一定是有符號int。不會因為編譯器不同而不同。
Q: 為什麼char可以區分有符號或者無符號，但是int只能預設為signed int ?
A:個人理解和應用場景有關，char不一定會參與計算，而int大部分情況下都是有符號計算，因此預設為signed int比較好。
Q: ILP32、LP64、LLP64分別是什麼？
A:指的是這個作業系統中，有哪些型別分別是多少位的意思。
I指int
L指long
LL指long long
P指point指標
32和64就是分別指32位和64位。
- 32位系統一定是ILP32模型
- 64位系統中，unix一般是LP64，而windows則是LLP64
即linux中，long是64位， 而在windows中，long是32位，而只有long long是64位
Q: 為什麼windos要用LLP64這麼奇怪的模型？這個模型裡， long是32位，long long 才是64位。
A:來自知乎陳碩大佬的回答：
我猜，是因為 Windows API 從 16-bit 升級到 32-bit 發生得太晚了——大約是隨 1995 年釋出的 Windows 95 而普及 。
雖然之前有 Windows NT 3.x 和 Win32s，但似乎比較小眾。
而 Unix 從 16-bit 升級到 32-bit 發生在 1980 年前後，當時執行在 VAX 上的 Unix/32V 和 3BSD 都是 32-bit 的。
造成的結果是，兩邊的程式對 short/int/long 的長度形成了不同的習慣認知：
Unix 程式習慣了 int 是 32-bit，而 long 不一定只有 32-bit。Windows/DOS 習慣了 long 是 32-bit，而 int 有可能是 16-bit 或 32-bit，因為剛剛從 16-bit 升級上來嘛。
當往 64-bit 升級的時候，如果把 Windows 的 long 升級到 64-bit，會破壞原來很多程式的假設，只好用個新的型別來表示 64-bit 整數了。反正 LONGLONG 在 32-bit 程式中也是 64-bit 整數，乾脆用它好了。
詳細的資料型別展示：
PS: 從上面可以看到java虛擬機器的一個優勢，就是對開發者而言，遮蔽了各不同系統情況下的資料位數。
Q: 那麼又有個問題，java虛擬機器如何實現不同平臺可以跑相同的java程式碼，不用擔心底層資料型別的？
A:如圖所示，class位元組碼都是同一份，但是不同的系統，會有不同的虛擬機器直譯器實現，在直譯器實現裡處理了不同的資料型別位數情況。
資料型別轉換
Q: C裡的隱式型別轉換有什麼規律？
A:
- 佔用位元組數少的型別，向佔用位元組數多的型別轉換；
int->long - 佔用位元組數相同情況下，有符號向無符號轉換；
int->unsigned int - 整數型別向浮點型別轉換；
int -> double - 單精度向雙精度轉換；
float->double
Q: 下面這個例子輸出多少，為什麼？
A:
void Test() { int a = -1; unsigned b = 10; if (a > b) { printf("a is greater than b.\n"); } else { printf("a is less than or equal b.\n"); } }
輸出a>b即a is greater than
因為a=-1，儲存的二進位制是11111111， 強轉成unsigned時，二進位制沒有變，但是對編譯器而言表示的大小變成了255了。
浮點數
float、double、long double的位元數、有效位數、數值範圍如下：
Q: 下面這個程式碼輸出什麼？
#include <stdio.h> int main(void) { float a = 9.87654321; float b = 9.87654322; if(a > b) { printf("a > b\n"); } else if(a == b) { printf("a == b\n"); } else { printf("a < b\n"); } return 0; }
A：輸出"a=b"， 因為float最多7位有效小數點位數。
Q: 32位float，1bit為符號位，23bit為位數，8bit為指數， 這3個劃分是如何得到float的有效位數以及數值範圍的？
A：IEEE754標準理解。
有人問為什麼要學習這個？
對於高精度場景下的浮點計算，掌握IEEE754的標準很重要，否則無法理解高精度場景時計算過程出現的各種問題， 特別是一些金融場景，對於小數點後面的數字會特別敏感。
Q：java的BigDecimal類可以表示任意精度，原理是啥？
A：BigDecimal的原理很簡單，就是將小數擴大N倍，轉成整數後再進行計算，同時結合指數，得出沒有精度損失的結果。
以long型的intCompact和scale來儲存精確的值。