日誌2018-12-02 20:00

[達人專欄] 跟著豬腳 C 起來：各式各樣的資料型態

　　前篇：跟著豬腳 C 起來：用電腦來操控資料吧

　　講完了電腦儲存資料的基本概念以後，我們緊接著要來認識何謂「資料型態」。

　　在大部分的程式語言當中，都對這些資料的「型態」做了規範。例如我們今天想要儲存一筆正整數，那我們就會預先告訴電腦說：「我在這裡儲存的資料是正整數，千萬不要把它誤認成別的東西了喔！」如此一來，就可以避免顯示出來的資料有問題。

　　舉個例：假設今天桌上有三個沒有貼上任何標籤的罐子，裡面裝的都是無色液體，一瓶是礦泉水、一瓶是酒精、一瓶則是硫酸溶液。如果你需要補充水分，結果卻拿了硫酸溶液來喝，那後果想必是非常恐怖，因為你把不能喝的東西拿來喝了。

　　這樣說起來也許有點抽象，那就實際來講講 C 語言的資料型態吧。

　　在 C 語言當中，常用的資料型態及儲存範圍有以下幾種：

　　字元 char（1 byte）：0 ~ 255

　　短整數 short（2 bytes）：-32768 ~ 32767
　　整數 int（4 bytes）：-2147483648 ~ 2147483647
　　長整數 long（4 bytes）：-2147483648 ~ 2147483647

　　浮點數 float（4 bytes）：1.2e-38 ~ 3.4e38
　　雙精度浮點數 double（8 bytes）：2.2e-308 ~ 1.8e308

　　※ 1.2e-38 為科學記號，用以表示 1.2 × 10^-38，其它以此類推。

　　這裡要注意：只要牽涉到 long、double 這兩個詞的，可能會因為編譯器不同而導致位元組數量不同。例如有一些 C 語言的編譯器就將 long 的大小定為 8 bytes（我手上的 Dev-C++ 附帶的編譯器則是 4 bytes）。其餘也有 long long 或是 long double 之類的型態，但一樣依編譯環境不同而相異，有興趣或有需要的可以再去找找看。

　　我們上次提到了，在電腦裡面都是用 1 和 0 的組合來儲存資料，但是因為一個位元太小了，所以習慣用 8 個位元一組的方式來計量。

　　以 short 來說，假設今天我想要儲存 4567 這個數，那這兩個連在一起的位元組就會分別被存入「00010001 11010111」。

　　設計 C 語言的工程師為了方便（畢竟計算的時候常常需要用到負數），就把大部分的基本資料型態安插了一個稱為「補數」的機制（因為這個機制有點複雜，所以想要的人就自己去 Google 吧）。他們把大約其中一半的空間挪到負數，這樣就可以避免想用到負數的時候卻沒得使用的窘境。因此，當我們在使用 int、short、long、float、double 這幾種型態的時候，都是支援負數的。

　　這也間接解釋了為何在楓之谷這款線上遊戲當中，玩家的持有金錢上限為 2,147,483,647 了，基本上我們可以推測，儲存玩家楓幣數量的資料型態大概就是使用一個 int。

　　然而，有些時候我們希望表現的範圍大一點點（例如我們想要儲存一個 30 多億的數字），剛好又很確定不需要用到負數，那我們就可以使用 unsigned（無號、無負號）來修飾它：

    unsigned int x, y;
    x = 3147483647;
    y = x + 48763;
    printf("%u\n", x);
    printf("%u\n", y);

　　執行結果如下：



　　如此一來，我們就可以成功讓 x 和 y 的儲存範圍從 -2147483648 ~ 2147483647 變成 0 ~ 4294967295，即使儲存一組範圍在 2147483648 ~ 4294967295 之內的數字也沒有問題。另外需要注意，這裡得要使用「%u」來表示「無號十進位整數」，如果誤用了表示「有號十進位整數」的「%d」的話，那顯示出來的東西就又會變成負數了。

　　上次強調過，身為一個優秀的程式設計師，必須先預想好所使用的變數可能會用到多大範圍，來決定接下來所使用的資料型態。

　　double 型態固然方便，但如果我們總是把所有的變數都設為 double 的話，那就會造成佔用的記憶體空間過大，浪費電腦資源。

　　所以，如果我們今天想要用 C 語言寫一個用來計算「從 1970 年 1 月 1 日至今已經經過了幾天」的程式，那我們就可以使用一個 unsigned short 來計算，這樣 0 ~ 65535 的範圍，就可以供它用到西元 2149 年都還能正常運作，卻只需佔用 2 bytes（當然如果你希望它能一直使用到西元 11761200 年而改用 unsigned int 的話，我也是沒意見啦……）。

　　至於 float 跟 double，儲存的機制就更複雜了。它們除了其中第一個 bit 跟其它整數型態一樣都有正負號位之外，分成了「指數」和「小數」來儲存。詳細的原理我也不贅談（寫了的話這篇的篇幅會翻好幾倍），通常使用 float 就可以扛得住很多基本的運算，若需要更精確的計算結果再考慮改用 double。

　　其中最特別的是 char。這個 char 通常用來表示「字元」，但因為電腦裡所有的資料都必須用數字來儲存，所以在 C 語言當中，儲存的文字是依照「ASCII」（美國資訊交換標準程式碼）系統來表示對應的關係。只要 Google 搜尋 ASCII，就可以查到 ASCII code 表。

    char x = 87;
    printf("%c", x);

　　試著執行這兩句，就會發現 print 出來的東西是一個「W」字，跟 ASCII code 表吻合。基本上，幾乎所有的編碼在 0 ~ 126 範圍表示的內容，都是以 ASCII 為主，所以無論是繁體中文用的 Big5、簡體中文用的 GB 2312、日文用的 Shift_JIS、國際通用的 Unicode ……在這些編碼當中，想要顯示一般的英文字母和阿拉伯數字都是沒有問題的。

　　因此，如果今天系統想要儲存「I am handsome.」就會需要使用連續的 14 個 byte 來儲存，這 14 個變數的內容依序如下：

　　73, 32, 97, 109, 32, 104, 97, 110, 100, 115, 111, 109, 101, 46

　　用十六進位表示的話就會是這樣：

　　49, 20, 61, 6D, 20, 68, 61, 6E, 64, 73, 6F, 6D, 65, 2E

　　如果你的手邊有 hex editor 相關軟體，那你還可以把「I am handsome.」存到記事本裡面，然後再用這類程式打開來看，就可以知道電腦是如何儲存這些文字。例圖如下：



　　基本的資料型態，大概就是這樣。

　　所以，如果你想要儲存這麼一句話，你可以這麼做：



　　屁咧！當然不可能搞得這麼複雜。要是你真的這麼做，千萬別跟人說你的 C 語言是給豬腳教的，如果你想輸出兩百個字還不寫到死。

　　為了解決這樣的麻煩，C 語言還提供了更好的方法可以一次宣告（甚至控制）一堆變數。

　　下次我會說明 C 語言的陣列（array）和結構（structure）。只要會了這兩個，你的程度就會再往上提升一個檔次了。感謝你的閱覽，我們下次見啦。

　

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留言

• 2018-12-02 20:01乃乃：
  快忘記有這個系列ㄌ
• 2018-12-02 20:03夜貓Nightcats：
  好猛毆 這個系列竟然更新了
• 2018-12-02 20:06屁屁好乾爽：
  優質
• 2018-12-02 20:12死螞蟻司馬燚：
  阿是
• 2018-12-02 20:13梓月：
  快速瀏覽了一下><
• 2018-12-02 20:15恐龍化身DIO：
  好厲害
• 2018-12-02 20:21晶礦不足：
  原來我有訂閱豬腳喔> <
• 2018-12-02 20:24巴哈板孫文：
  為什麼我學校都教完了你才講解啦!
• 2018-12-02 20:31G36_maid：
  這不是課本內容嗎（x 優質教學（O
• 2018-12-02 20:32淀治脊髓劍‘-ωก̀：
  然後就是陣列和迴圈的完美結合
• 2018-12-02 20:41呆皮的同學：
  我決定浪費效能讓自己方便
• 2018-12-02 20:42M@B：
  讚讚
• 2018-12-02 21:03夜翔：
  嘻嘻
• 2018-12-02 21:19芊芊∣ㄑㄑ：
  雖然看不太懂但是有認真有推
• 2018-12-03 08:56雪之王女‧F‧巧可奈：
  完全外行只能純推>///<
• 2018-12-03 10:17阿民：
  你終於忙完(打完LOL)了是吧XD
• 2018-12-03 11:26新北鯨魚粥：
  居然更新了
• 2018-12-03 11:41Fubuki：
  ㄈ谷上限已經是300e-1了
• 2018-12-03 20:17頂點了真孤寂：
  不是 全都 用 double 嗎 多方便是不是 阿不然就 int %d %.f %f !!
  
• 2018-12-03 20:20頂點了真孤寂：
  char *string=""
• 2018-12-04 21:51焰狼：
  關於float這邊幫補充一點，當有跨越語言種類的呼叫時，要注意兩種語言的float型態是否完全相同(實數與指數各占幾bit)，如果有差異時是會出問題的。
  像是C語言寫出來的function讓VB來呼叫的時候，千萬不要用到float來傳遞參數資料阿......這兩個的float雖然總長度都是32 bits，但內部的實數與指數位元長度是不一樣的，彈系統哪管你這麼多，直接就把這邊的32 bits資料給到另一邊的32 bits空間.......代誌就大條了.......
• 2018-12-05 15:46超猛禿頭佬：
  因為文章內的內容挑起興趣所以測試了一下，如果把 signed int 用 %u 輸出的話，結果會跟 unsigned int 用 %u 輸出一樣，這是不是代表決定的關鍵是在 printf 裡面用的參數，本身宣告只是為了 readability 啊？
  我的環境是 WSL (ubuntu)，編譯器是 gcc。
• 2018-12-11 16:43請問我上車80隻了沒：
  ftp的埠號最大只能設1024～65535
• 2018-12-16 16:17Lily らい：
  原來如此，真是淺顯易懂(≧∇≦)b

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