【新书推荐】3.3 整型

本节必须掌握的知识点：

???整型数据类型的取值范围

?? 示例八

?? 代码分析

?? 汇编解析

?? 获取数据类型的取值范围

3.3.1 整型数据类型取值范围

整型是用来表示限定范围内连续整数的数据类型。表3-1列出了C语言编译器定义的整型数据类型及其大小和取值范围。

表3-1整型数据类型

类型	存储大小	值范围
整型????????? int	2或4字节	【-32768 ~32767】或 【-2147483648~2147483647】
短整型?????? short int	2字节	【-32768 到 32767】
长整型?????? long int	4字节	【-2147483648~2147483647】
无符号整型 unsigned int	2或4字节	【0 ~65535】 或【 0 ~4294967295】
无符号短整型 unsigned short int	2字节	【0 ~65535】
无符号长整型 unsigned long int	4字节	【 0 ~4294967295】

【注：各种数据类型的存储大小与操作系统位数有关，如下表3-2、3-3、3-4所示，分别列出了16位、32位、64位操作系统中基本类型存储的字节大小】

【16位操作系统】

类型	存储大小	值范围
整型????????? int	2字节	【-32768 ~32767】
短整型?????? short int	2字节	【-32768 到 32767】
长整型?????? long int	4字节	【-2147483648~2147483647】
无符号整型 unsigned int	2	【0 ~65535】
无符号短整型 unsigned short int	2字节	【0 ~65535】
无符号长整型 unsigned long int	4字节	【 0 ~4294967295】

?????????? ?????????????????

表3-2 16位操作系统整型数据类型

【32位操作系统】

类型	存储大小	值范围
整型????????? int	4字节	【-2147483648~2147483647】
短整型?????? short int	2字节	【-32768 到 32767】
长整型?????? long int	4字节	【-2147483648~2147483647】
无符号整型 unsigned int	4字节	【 0 ~4294967295】
无符号短整型 unsigned short int	2字节	【0 ~65535】
无符号长整型 unsigned long int	4字节	【 0 ~4294967295】

表3-3 32位操作系统整型数据类型

【64位操作系统】

类型	存储大小	值范围
整型????????? int	4字节	【-2147483648~2147483647】
短整型?????? short int	2字节	【-32768 到 32767】
长整型?????? long int	8字节	【-9223372036854775808~ 9223372036854775807】
long long	8字节	【-9223372036854775808~ 9223372036854775807】
_int64	8字节	【-9223372036854775808~ 9223372036854775807】
无符号整型 unsigned int	4字节	【 0 ~ 4294967295】
无符号短整型 unsigned short int	2字节	【0 ~ 65535】
无符号长整型 unsigned long int	8字节	【 0 ~ 18446744073709551615】
unsigned long long	8字节	【0 ~ 18446744073709551615】
unsigned __int64	8字节	【0 ~ 18446744073709551615】

???? ????????????????????????????????

表3-4 64位操作系统整型数据类型

接下来以代码+解释说明的形式详细讲述怎样使用这些数据类型，怎样检测数据类型，以及怎么判断它的取值范围。

我们以32位操作系统下的整型数据类型为例。

【整型】

“整型”从字面理解是整数类型的意思，整数类型只能存储整数，不能存储小数。整型按照存储空间的大小可以分为short类型、int类型、long类型和long long类型。如果存储的数据超出该数据类型的存储空间，则会溢出，造成数据丢失。或者编译时以错误提示的形式告知。C语言编译器在编译时会对数据类型做严格的检查，帮助程序员减少错误的发生。

如果按取值范围来划分，我们又可以把整型分为有符号整型和无符号整型。在C语言中，无符号类型表示非负整数，即大于或等于0的数；有符号类型既可以是正数也可以是负数，也可以是0，但只能是整数。

实验二十三：超出数据类型存储空间

以示例七为例，控制台窗口输入一个超出范围的整数值，如下所示：

请输入一个整型:

11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

用户输入的内容是-1。

源程序中定义控制台输入的整数值存储在int类型的变量y中。在C语言中，如果有符号整数超出范围，将以其最大值的补码形式存储。如果无符号整数溢出，将丢弃溢出的数据位。假如存储的是一个超大值，编译器将提示错误信息。

还存在另外一种情况，假如是控制台输入一个超大值，不论是有符号整型还是无符号整型，最终存储值均为-1。

仍以示例其为例，将变量y修改为无符号整型：

unsigned int y;???? //准备变量

请输入一个整型:

11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

用户输入的内容仍然是-1。

举例

#include?<stdio.h>

int?main()

{

unsigned?int?a?=?0x100000000;//丢弃最高位1

int?b?=?0xffffffff;????? //int类型最大值0x7fffffff的补码为0x10000001

printf("a=%u, b=%d\n",?a,?b);

return?0;

}

运行结果：
a=0, b=-1

假设是一个超大值：

unsigned int a = 222222222222222222222222222222222222;

编译时提示：

error C2177: 常量太大

注：计算补码的方法：符号位不变，其余各位取反后加1。

3.3.2 示例八

接下来验证int、short int、long int有符号整型能储存多少字节。

示例代码八

int main(void)

{

??? int i = 0;

??? printf("int 存储大小 : %u byte\n", sizeof(i));//无符号整型输出

??? short int? x = 0;//【可以缩写为 short x = 0;】

??? printf("short 存储大小 : %u byte\n", sizeof(x));//无符号整型输出

??? long int y = 0;//【可以缩写为 long y = 0;】

??? printf("long 存储大小 : %lu byte\n", sizeof(y));//无符号长整型输出

??? system("pause");

??? return 0;

}

?????? ●输出结果：

?????? int 存储大小 : 4 byte

short 存储大小 : 2 byte

long 存储大小 : 4 byte

请按任意键继续. . .

3.3.3 代码分析

示例八输出的结果显示：

在VS编译器中，使用sizeof()运算符取出有符号整型数据长度。int存储空间大小为4字节；short 存储空间大小为2字节；long存储空间大小为4字节。

printf函数输出的格式化说明符’%u’表示无符号整型unsigned int格式，’%lu’表示long unsigned无符号长整数格式。之所以使用无符号整数格式输出，说明使用sizeof()运算符取出的数据类型的长度均为以字节为单位的正整数。

当然在这里使用’%d’有符号整数格式输出也是没有问题的，只要不超出有符号整数的数据范围即可。在很多情况下，程序员处于习惯的原因，使用有符号整数数据类型显示无符号整数，但是建议采用规范的编码格式，避免不必要的错误。

实验二十四：超出数据类型存储空间

将示例八中printf函数的格式化说明符改为’%d’，

printf("int 存储大小 : %d byte\n", sizeof(i));

printf("short 存储大小 : %d byte\n", sizeof(x));

printf("long 存储大小 : %d byte\n", sizeof(y));

按F7编译：

========= 生成: 成功 1 个，失败 0 个，最新 0 个，跳过 0 个 ==========

然后输出结果：

int 存储大小 : 4 byte

short 存储大小 : 2 byte

long 存储大小 : 4 byte

请按任意键继续. . .

3.3.4 汇编解析

■汇编代码

;C标准库头文件和导入库

include vcIO.inc

.data?????? ;全局区

i????? sdword 0???? ;等价于int类型

x????? sword ?? 0???? ;等价于short int类型

y???? sdword 0???? ;等价于long int类型

.const???? ;常量区

szMsg1 db "int 存储大小 : %u byte",0dh,0ah,0

szMsg2 db "short 存储大小 : %u byte",0dh,0ah,0

szMsg3 db "long 存储大小 : %lu byte",0dh,0ah,0

.code????? ;代码区

start:

?????? push sizeof i

?????? push offset szMsg1?????

?????? call printf?????????????

?????? ;

?????? push sizeof x

?????? push offset szMsg2?????

?????? call printf?????????????

?????? ;

?????? push sizeof y

?????? push offset szMsg3?????

?????? call printf?????????????

?????? ;?????

?????? invoke _getch

?????? ret???????????????????????

end start

●输出结果：

int 存储大小 : 4 byte

short 存储大小 : 2 byte

long 存储大小 : 4 byte

汇编代码中，使用sizeof操作符取出变量的长度。汇编数据类型sdword等价于C语言数据类型int，sword类型等价于short int类型，sdword类型等价于long int类型。

?????? ■反汇编代码

??????? int i = 0;

00E81838? mov???????? dword ptr [i],0?

??? printf("int 存储大小 : %u byte\n", sizeof(i));//无符号整型输出

00E8183F? push??????? 4?

00E81841? push??????? offset string "int \xb4\xe6\xb4\xa2\xb4\xf3\xd0\xa1 : %u byte\n" (0E87B30h)?

00E81846? call??????? _printf (0E8104Bh)?

00E8184B? add???????? esp,8?

??? short int? x = 0;//【可以缩写为 short x = 0;】

00E8184E? xor???????? eax,eax?

??? short int? x = 0;//【可以缩写为 short x = 0;】

00E81850? mov???????? word ptr [x],ax?

??? printf("short 存储大小 : %u byte\n", sizeof(x));//无符号整型输出

00E81854? push??????? 2?

00E81856? push??????? offset string "short \xb4\xe6\xb4\xa2\xb4\xf3\xd0\xa1 : %u byte\n" (0E87B4Ch)?

00E8185B? call??????? _printf (0E8104Bh)?

00E81860? add???????? esp,8?

??? long int y = 0;//【可以缩写为 long y = 0;】

00E81863? mov???????? dword ptr [y],0?

??? printf("long 存储大小 : %lu byte\n", sizeof(y));//无符号长整型输出

00E8186A? push??????? 4?

00E8186C? push??????? offset string "long \xb4\xe6\xb4\xa2\xb4\xf3\xd0\xa1 : %lu byte\n" (0E87B6Ch)?

00E81871? call??????? _printf (0E8104Bh)?

00E81876? add???????? esp,8

观察下面的反汇编语句：

??? int i = 0;

mov dword ptr [i],0

short int? x = 0;//【可以缩写为 short x = 0;】

mov word ptr [x],ax

long int y = 0;//【可以缩写为 long y = 0;】

mov dword ptr [y],0

int类型对应汇编dword类型是4字节； short类型对应word类型是2字节；long类型对应dword类型是4字节。

提示

1. 在C语言中int字长和机器字长相同；
2. 操作系统字长和机器字长未必一致；（比如在64位系统下运行32位程序。）
3. 编译器根据操作系统字长来规定int字长的；

在Linux系统上，int的字长与处理器的字长一致；在Windows操作系统上，操作系统的字长与处理器的字长不一定一致，编译器根据系统的字长来定义int的字长。

?????? 4．在VS编译器中，默认缺省的数据类型为int类型，默认缺省的浮点类型是double类型。

3.3.5 获取数据类型的取值范围

实验二十五：获取有符号数据类型的取值范围

C标准库<limits.h>头文件中使用宏定义了各种数据类型的取值范围，宏定义可以直接使用，例如CHAR_BIT、INT_MIN、INT_MAX等，具体见附录D。

/*

?? limits.h 头文件取数据类型取值范围

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <limits.h>

int main(void)

{

printf("The number of bits in a byte %d\n", CHAR_BIT);//一个字节数据位数

printf("The minimum value of INT = %d\n", INT_MIN); // int 最小值

printf("The maximum value of INT = %d\n", INT_MAX); // int 最大值

printf("The minimum value of SHORT INT = %d\n", SHRT_MIN);// short 最小值

printf("The maximum value of SHORT INT = %d\n", SHRT_MAX);// short 最大值

printf("The minimum value of LONG = %ld\n", LONG_MIN); // long 最小值

printf("The maximum value of LONG = %ld\n", LONG_MAX); // long 最大值

system("pause");

return 0;

}

●输出结果：

The number of bits in a byte 8

The minimum value of INT = -2147483648

The maximum value of INT = 2147483647

The minimum value of SHORT INT = -32768

The maximum value of SHORT INT = 32767

The minimum value of LONG = -2147483648

The maximum value of LONG = 2147483647

请按任意键继续. . .

?????? ●查看limits.h头文件

VS中鼠标选中limits.h头文件，点击鼠标右键，选中“打开文档<limits.h>”，显示内容如下：

//

// limits.h

//

//????? Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved.

//

// The C Standard Library <limits.h> header.

//

#pragma once

#define _INC_LIMITS

#include <vcruntime.h>

_CRT_BEGIN_C_HEADER

#define CHAR_BIT????? 8???????? // number of bits in a char

#define SCHAR_MIN?? (-128)????? // minimum signed char value

#define SCHAR_MAX???? 127?????? // maximum signed char value

#define UCHAR_MAX???? 0xff????? // maximum unsigned char value

#ifndef _CHAR_UNSIGNED

??? #define CHAR_MIN??? SCHAR_MIN?? // mimimum char value

??? #define CHAR_MAX??? SCHAR_MAX?? // maximum char value

#else

??? #define CHAR_MIN??? 0

??? #define CHAR_MAX? ??UCHAR_MAX

#endif

#define MB_LEN_MAX??? 5???????????? // max. # bytes in multibyte char

#define SHRT_MIN??? (-32768)??????? // minimum (signed) short value

#define SHRT_MAX????? 32767???????? // maximum (signed) short value

#define USHRT_MAX???? 0xffff?? ?????// maximum unsigned short value

#define INT_MIN???? (-2147483647 - 1) // minimum (signed) int value

#define INT_MAX?????? 2147483647??? // maximum (signed) int value

#define UINT_MAX????? 0xffffffff??? // maximum unsigned int value

#define LONG_MIN??? (-2147483647L - 1) // minimum (signed) long value

#define LONG_MAX????? 2147483647L?? // maximum (signed) long value

#define ULONG_MAX???? 0xffffffffUL? // maximum unsigned long value

#define LLONG_MAX???? 9223372036854775807i64?????? // maximum signed long long int value

#define LLONG_MIN?? (-9223372036854775807i64 - 1)? // minimum signed long long int value

#define ULLONG_MAX??? 0xffffffffffffffffui64?????? // maximum unsigned long long int value

#define _I8_MIN???? (-127i8 - 1)??? // minimum signed 8 bit value

#define _I8_MAX?????? 127i8???????? // maximum signed 8 bit value

#define _UI8_MAX????? 0xffui8?????? // maximum unsigned 8 bit value

#define _I16_MIN??? (-32767i16 - 1) // minimum signed 16 bit value

#define _I16_MAX????? 32767i16????? // maximum signed 16 bit value

#define _UI16_MAX???? 0xffffui16??? // maximum unsigned 16 bit value

#define _I32_MIN??? (-2147483647i32 - 1) // minimum signed 32 bit value

#define _I32_MAX????? 2147483647i32 // maximum signed 32 bit value

#define _UI32_MAX???? 0xffffffffui32 // maximum unsigned 32 bit value

// minimum signed 64 bit value

#define _I64_MIN??? (-9223372036854775807i64 - 1)

// maximum signed 64 bit value

#define _I64_MAX????? 9223372036854775807i64

// maximum unsigned 64 bit value

#define _UI64_MAX???? 0xffffffffffffffffui64

#if _INTEGRAL_MAX_BITS >= 128

??? // minimum signed 128 bit value

??? #define _I128_MIN?? (-170141183460469231731687303715884105727i128 - 1)

??? // maximum signed 128 bit value

??? #define _I128_MAX???? 170141183460469231731687303715884105727i128

??? // maximum unsigned 128 bit value

??? #define _UI128_MAX??? 0xffffffffffffffffffffffffffffffffui128

#endif

#ifndef SIZE_MAX

??? #ifdef _WIN64

??????? #define SIZE_MAX _UI64_MAX

??? #else

?????? ?#define SIZE_MAX UINT_MAX

??? #endif

#endif

#if __STDC_WANT_SECURE_LIB__

??? #ifndef RSIZE_MAX

??????? #define RSIZE_MAX (SIZE_MAX >> 1)

??? #endif

#endif

_CRT_END_C_HEADER

实验二十六：获取无符号数据类型的长度

/*

?? 输出无符号整型的长度

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void)

{

??? unsigned int i = 0;

??? unsigned short int? s = 0;//【可以缩写为unsigned short s = 0;】

??? unsigned long int l = 0;//【可以缩写为 unsigned long l = 0;】

??? printf("unsigned int 存储大小 : %u byte\n", sizeof(i));

??? printf("unsigned short int 存储大小 : %u byte\n", sizeof(s));

??? printf("unsigned long int 存储大小 : %u byte\n", sizeof(l));

??? system("pause");

??? return 0;

}

●输出结果：

unsigned int 存储大小 : 4 byte

unsigned short int 存储大小 : 2 byte

unsigned long int 存储大小 : 4 byte

请按任意键继续. . .

?

结论

unsigned int 存储空间大小为4字节；unsigned short int 存储空间大小为2字节；unsigned long int 存储空间大小为4字节；

unsigned int、unsigned short int、unsigned long int的 范围在这里就不做实验了，希望读者能够自己动手完成【同样使用limits.h库函数】。

【无符号整型和有符号整型的区别】

???? 本节只对32位操作系统下int 和 unsigned int做比较。

???? int：有符号整数，占4个字节，可表示范围【-2147483648~2147483647】。

???? unsigned int：无符号整数，占4个字节，可表示范围【 0 ~4294967295】。

在C语言中初始化 int i = -1;其实等价与signed int i = -1;关键字signed可以省略。因为C语言默认就是有符号类型的。

?? 为了说明signed和unsigned的区别，首先要搞清楚数据在内存中是如何存储的。

举例

Unsigned int i =1;变量i在内存中是 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001存储的，由于unsigned int 是无符号整型，所以它的32位全部用来存储数据；用图表的形式表示：

32位存储数据32

int j = -1;由于int是有符号整型，所以就要考虑符号位的问题了。还有一点就是正数是以它自身形式存储的，而负数是以补码的形式存储的，参见《X86汇编基础教程》预备知识，此处不再赘述，直接写出-1原码、反码、补码。

-1的源码：?? 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

反码????????????? 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110

补码：????? 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

? ? ? ? ? ??

从高位到地位??? 最高位为符号位，其余31位存储数据

实验二十七：获取无符号数据类型的长度

分别定义int类型变量j和unsigned int类型变量i，并给两个变量赋给相同的值-1，然后分别按照’%u’和’%d’格式输出。

/*

?? 输出无符号整型和有符号整数

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void)

{

??? unsigned int? i = 0;

??? int j = -1;

??? i = j;

??? printf("i = %u\n", i);

??? printf("j = %d\n", j);

??? system("pause");

??? return 0;

}

●输出结果：

i = 4294967295

j = -1

请按任意键继续. . .

控制台窗口中显示的”i = 4294967295“，这个结果怎么来的呢？

因为变量j为int有符号整数类型，值为-1，负整数以补码形式存储在内存中，-1的补码是：

变量i为unsigned int无符号整数类型，存储时编译器将-1转换为补码然后存储到内存中，无符号整数将32位全部看作是数值位，因此按照无符号整数格式输出的0xffffffff的十进制数为4294967295。

unsigned int 类型的取值范围0 ~4294967295，即0~232-1，int 类型的取值范围-231~231-1，-1是最大负整数，如下图所示：

?????????????????? ????????

????????????????????????????????????????????????图3-4 32位整数取值范围

在图3-4中，无符号数均为正数，取值范围是：【0~0xFFFFFFFF】。

有符号数正整数的范围是:【0~0x7FFFFFFF】。

有符号数负整数的范围是:【0x80000000~0xFFFFFFFF】。

接下来我们在内存中观察变量i和变量j的值：

第一步：在VS中unsigned int? i = 0;一行F9下断点；

第二步：F5调试执行，在监视窗口1输入’&i’和’&j’，监视窗口显示两个变量的初始值：

第三步：F10单步执行到ystem("pause");语句，此时监视窗口按照十六进制格式显示内容如下：

?????? 第四步：监视窗口点击鼠标右键，去掉“十六进制显示”选项，按照默认十进制格式显示内容如下：

其中已返回printf表示printf函数的返回值为7，即7个字符"j = %d\n"。

以上介绍的是整型数据类型，下面介绍浮点型数据类型。

本文摘自编程达人系列教材《汇编的角度——C语言》。