C语言字符型变量的存储和取值

喜欢ヅ旅行 2024-03-30 12:22 68阅读 0赞

**目录**

1.问题引入

2.字符型变量的存储

3.字符型变量的取值

4.字符型变量中的-128

5.取值转换图

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### 1.问题引入 ###

我们知道，在C语言中，一个字符型数据占**8个bit位**，那么当我们定义一个字符型数据，我们需要给它赋上什么范围的值才合适呢。是\[-127，127\]，还是\[-128，127\]，亦或者是\[-127，128\]？下面就让我们进入本篇文章的内容：字符型变量的**存储**和**取值**。

### 2.字符型变量的存储 ###

将字符变量存储到内存中中，实际上并不是把该字符本身放到内存单元中去，而是将**该字符的相应的ASCII 码**放到内存中。因此它的存储形式就与整数的存储形式类似。不同的是，字符型数据占**8个bit位**，而整形数据占**32个bit位**，比特位的位数不同也就说明着它们的取值范围不同，如果对字符型数据的赋值超过了所能表示的范围，则数据将会发生**截断**，导致出错。例如：

> 我们定义一个字符数据
> 
> char c=10；

由于在计算机中数据是以二进制补码的形式存放，所以我们将整数10转化为**二进制补码**，然后取前8位放入c中进行存放，对应图解如下：

![2cf570a7414840d1bd98b7561aae49cb.png][]

--------------------

> 而如果我们定义了
> 
> char c=129 ；

那么其对应的存放图解如下：

![b8933aa11882424283a70d5d017876c2.png][]

我们可以发现，此时c的最终结果并不是129而是-127，说明129超出了字符型变量的表示范围，所以导致数据的存储出现了错误。

### 3.字符型变量的取值 ###

在将取值之前，先抛出一句我认为说得很好的一句话：

> **计算机所谓的特定数据类型能表示多少范围数据，取决于多少比特位的排列组合，比如4个比特位就一定可以表示2^4个数据，计算机绝对不会浪费任何一种组合。**

根据这句话我们就可以先断定，一个字符型变量一定可以表示2^8，也就是**256个数据**。我们先按照符号位对字符型变量进行如下拆分：

![2ce10e4e318343a2b94aefa7342f5d6e.png][]

按照以上分析，那么我们字符型变量的取值范围就是\[-127,127\]吗，实则不然。细心的小伙伴可能会发现，无论是上面还是下面，都有0这个数据的表示方式，分别为0000 0000和1000 0000；而在计算机中，我们当然不能让0有两种表示方式，否则会引起歧义。因此我们将0000 0000来表示0。而前面我们说过，计算机绝对不会浪费任何一种组合，所以，我们还需对1000 0000进行定义，赋予其意义。

我们不妨先来猜猜，1000 0000要表示什么呢？由于数据的取值范围肯定是**连续的**最好，所以我们可以在128和-128进行选取，又由于1000 0000最高位即符号位为1，所以我们猜测1000 0000代表-128。则字符型数据的表示范围就是**\[-128，127\]**。

### 4.字符型变量中的-128 ###

那么，为什么在字符型变量1000 0000代表-128呢？我们依旧来分析一下如下语句：

> char c=-128；

我们知道，当我们定义了一个变量c时，编译器对c分配了8个bit位的内存空间，但是对于-128，它一开始**并不是在变量c的内存空间**中，是在**寄存器**中，需要先**转化为二进制**后，才能放入c中，因此我们可以得到以下图解：

![be9c521a60b44271afd272b3029de9c8.png][]

我们可以发现，十分巧合的是，当-128在寄存器中转化为二进制补码后，截断存入c中时，存放的数据正是1000 0000，也就是我们上述所猜想的那样。

那如果我们将此时c中存放的1000 0000取出来，会不会还是-128呢？遗憾的是，由于数据发生的截断，所以无法正确的转化回来。具体过程如下：

![47ed19b88e974c1aab80c6570212fc84.png][]

> 显然，最后转化后的原码并不是-128。所以我们可以说在字符型数据中1000 0000表示-128是一种**半计算半规定**的方式。因此以后我们在字符型变量中看到1000 0000，不必再进行转化，可以将其直接看成-128。

### 5.取值转换图 ###

综上，我们可以得出一个8bit位的char类型变量所能表示的范围是\[-128，127\].如果超出了这个范围，就会发生截断，产生错误。根据以下转换图我们可以轻松得出截断后的数字：

![15cc0021f1fa45f89018351d3be87d3c.png][]

> 例如以下两个例子
> 
> char c=128；
> 
> char c=-129；
> 
> 对于例1，因为128=127+1，根据**顺时针方向为正方向**，则c最后的值就为127下一个数字-128 。
> 
> 对于例2，因为-129=-128-1，所以需要取-128负方向也就是**逆时针方向**的下一个数字，则c最后的值就是127。

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***以上，就是本期的全部内容。***

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