C числовые типы. Типы с плавающей точкой (float, double и long double)

Кроме разделения данных на переменные и константы, существует классификация данных по типу. Описание переменных прежде всего состоит в объявлении их типа. Тип данных характеризует область их значений и форму представления в памяти компьютера. Каждый тип характеризуется набором выполняемых над данными операций. Традиционно в универсальных языках программирования существуют такие стандартные типы, как целый, вещественный, символьный и логический 3 . Сразу отметим, что логического типа в Си нет. Выражение (в частном случае, переменная) считается истинным, если оно отлично от нуля, в противном случае оно считается ложным.

Существование двух числовых типов (целого и вещественного) связано с двумя возможными формами представления чисел в памяти компьютера.

Данные целого типа хранятся в форме представленияс фиксированной точкой . Для нее характерны абсолютная точность представления чисел и выполнения операций над ними, а также ограниченный диапазон значений чисел. Целый тип используется для данных, которые в принципе не могут иметь дробной части (количество людей, машин, и т.д., номера и счетчики).

Тип вещественный соответствует форме представления чиселс плавающей точкой , для которой характерны приближенное представление числа с заданным количеством значащих цифр (знаков мантиссы) и большим диапазоном порядка числа, что обеспечивает возможность представления как очень больших, так и очень малых по абсолютной величине чисел. В силу приближенного представления данных вещественного типа ихнекорректно сравнивать на равенство .

В современных реализациях универсальных языков программирования обычно существует несколько целых и несколько вещественных типов, каждый их которых характеризуется своим размером отводимой под одно значение памяти и, соответственно, своим диапазоном значений чисел, а для вещественных типов - и своей точностью (числом цифр мантиссы).

Данные символьного типа принимают значения на всем множестве допустимых для данного компьютера символов. Для хранения одного символьного значения отводится один байт, кодирование символов осуществляется в соответствии со стандартной таблицей кодирования (обычноASCII).

В Си имеется 4 базовых типа:

char - символьный тип;

int - целый тип,

float - вещественный тип одинарной точности,

double - вещественный тип двойной точности.

Для задания производных типов используются квалификаторы :short (короткий) - используется с типомint ,long (длинный) - используется с типамиint иdouble ;signed (со знаком),unsigned (без знака) - применимы к любому целому типу. При отсутствии словаunsignedзначение считается знаковым,т. е. по умолчанию принятоsigned. В силу допустимости произвольного соединения квалификаторов и названий базовых типов один тип может иметь несколько обозначений. Сведения о стандартных типах Си представлены в таблицах 1 и 2. Через запятую в клетках первого столбца перечислены описатели-синонимы.

Таблица 1. Стандартные целые типы данных Си

Интересно, что в Си тип charв зависимости от контекста может использоваться как символьный или как целый тип.

Таблица 2. Стандартные вещественные типы данных Си

Замечание. Для написания программ первой части пособия нам потребуются в основномдва типа: float и int .

Для хранения различных данных в языках программирования используют переменные. Переменной называется область памяти, имеющая имя, которое иначе называют идентификатором.

Давая переменной имя, программист одновременно тем же именем называет и область памяти, куда будут записываться значения переменной для хранения.

Хорошим стилем является осмысленное именование переменных. Разрешается использовать строчные и прописные буквы, цифры и символ подчёркивания, который в Си считается буквой. Первым символом обязательно должна быть буква, в имени переменной не должно быть пробелов. В современных версиях компиляторов длина имени практически не ограничена. Имя переменной не может совпадать с зарезервированными ключевыми словами. Заглавные и строчные буквы в именах переменных различаются, переменные a и A - разные переменные.

Зарезервированные ключевые слова auto double int struct break else long switch register tupedef char extern return void case float unsigned default for signed union do if sizeof volatile continue enum short while
В языке Си все переменные должны быть объявлены. Это означает, что, во-первых, в начале каждой программы или функции Вы должны привести список всех используемых переменных, а во-вторых, указать тип каждой из них.

При объявлении переменной компилятор отводит ей место в памяти в зависимости от её типа. Стандартными средствами AVR GCC работает с типами данных char (символьный тип) и int (целочисленный тип).

Тип char

char - является самым экономным типом. Тип char может быть знаковым и беззнаковым. Обозначается, соответственно, как "signed char " (знаковый тип) и "unsigned char " (беззнаковый тип). Знаковый тип может хранить значения в диапазоне от -128 до +127. Беззнаковый - от 0 до 255. Под переменную типа char отводится 1 байт памяти (8 бит).

Ключевые слова (модификаторы) signed и unsigned указывают, как интерпретируется нулевой бит объявляемой переменной, т.е., если указано ключевое слово unsigned, то нулевой бит интерпретируется как часть числа, в противном случае нулевой бит интерпретируется как знаковый.

Тип int

Целочисленная величина int может быть short (короткой) или long (длинной).

Ключевое слово (модификатор) short ставится после ключевых слов signed или unsigned . Таким образом, различают следующие типы: signed short int, unsigned short int, signed long int, unsigned long int .

Переменная типа signed short int (знаковая короткая целая) может принимать значения от -32768 до +32767, unsigned short int (беззнаковая короткая целая) - от 0 до 65535. Под каждую из них отводится ровно по два байта памяти (16 бит).

При объявлении переменной типа signed short int ключевые слова signed и short могут быть пропущены, и такой тип переменной может быть объявлен просто int . Допускается и объявление этого типа одним ключевым словом short .

Переменная unsigned short int может быть объявлена как unsigned int или unsigned short .

Под каждую величину signed long int или unsigned long int отводится 4 байта памяти (32 бита). Значения переменных этого типа могут находиться в интервалах от -2147483648 до 2147483647 и от 0 до 4294967295 соответственно.

Существуют также переменные типа long long int , для которых отводится 8 байт памяти (64 бита). Они также могут быть знаковыми и беззнаковыми. Для знакового типа диапазон значений лежит в пределах от -9223372036854775808 до 9223372036854775807, для беззнакового - от 0 до 18446744073709551615. Знаковый тип может быть объявлен и просто двумя ключевыми словами long long .

Переменные объявляют в операторе описания. Оператор описания состоит из спецификации типа и списка имён переменных, разделённых запятой. В конце обязательно должна стоять точка с запятой.

Объявление переменной имеет следующий формат:

[модификаторы] спецификатор_типа идентификатор [, идентификатор] ...

Модификаторы - ключевые слова signed , unsigned , short , long .
Спецификатор типа - ключевое слово char или int , определяющее тип объявляемой переменной.
Идентификатор - имя переменной.

Пример: char x; int a, b, c; unsigned long long y;
Таким образом, будут объявлены переменные x , a , b , c , y . В переменную x можно будет записывать значения от -128 до 127. В переменные a , b , c - от -32768 до +32767. В переменную y - от 0 до 18446744073709551615.

Инициализация значения переменной при объявлении

При объявлении переменную можно проинициализировать, то есть присвоить ей начальное значение. Сделать это можно следующим образом. int x = 100; Таким образом, в переменную x при объявлении сразу же будет записано число 100.

Лучше избегать смешивания инициализируемых переменных в одном операторе описания, то есть инициализируемые переменные лучше объявлять в отдельных строках.

Переменная любого типа может быть объявлена как немодифицируемая. Это достигается добавлением ключевого слова const к спецификатору типа. Переменные с типом const представляют собой данные, используемые только для чтения, то есть этой переменной не может быть присвоено новое значение. Если после слова const отсутствует спецификатор типа, то константы рассматриваются как величины со знаком, и им присваивается тип int или long int в соответствии со значением константы: если константа меньше 32768, то ей присваивается тип int , в противном случае long int .

Пример: const long int k = 25; const m = -50; // подразумевается const int m=-50 const n = 100000; // подразумевается const long int n=100000

Для присваивания в Си служит знак "=". Выражение, стоящее справа от знака присваивания, вычисляется, и полученное значение присваивается переменной, стоящей слева от знака присваивания. При этом предыдущее значение, хранящееся в переменной, стирается и заменяется на новое.

Оператор "=" не следует понимать как равенство.
Например, выражение a = 5; следует читать как "присвоить переменной a значение 5".

Примеры: x = 5 + 3; // сложить значения 5 и 3, // результат присвоить переменной x (записать в переменную x) b = a + 4; // прибавить 4 к значению, хранящемуся в переменной a, // полученный результат присвоить переменной b (записать в переменную b) b = b + 2; // прибавить 2 к значению, хранящемуся в переменной b, // полученный результат присвоить переменной b (записать в переменную b)
В правой части значение переменной может использоваться несколько раз: c = b * b + 3 * b;

Пример: x = 3; // переменной x будет присвоено значение 3 y = x + 5; // к значению, хранящемуся в переменной x, будет прибавлено число 5, // полученный результат будет записан в переменную y z = x * y; // значения переменных x и y будут перемножены, // результат будет записан в переменную z z = z - 1; // от значения, хранящегося в переменной z, будет отнято 1 // результат будет записан в переменную z
Таким образом, в переменной z будет храниться число 23

Кроме простого оператора присваивания "=", в Си существует еще несколько комбинированных операторов присваивания: "+=", "-=", "*=
Примеры: x += y; // то же, что и x = x + y; - сложить x и y // и записать результат в переменную x x -= y; // то же, что и x = x - y; - отнять от x значение y // и записать результат в переменную x x *= y; // то же, что и x = x * y; - умножить x на y // и записать результат в переменную x x /= y; // то же, что и x = x / y; - разделить x на y // и записать результат в переменную x x %= y; // то же, что и x = x % y; // вычислить целочисленный остаток от деления x на y // и записать результат в переменную x

Если необходимо изменить значение переменной на 1, то используют инкремент или декремент .

Инкремент - операция увеличения значения, хранящегося в переменной, на 1.

Пример: x++; // значение переменной x будет увеличено на 1 $WinAVR = ($_GET["avr"]); if($WinAVR) include($WinAVR);?>
Декремент - операция уменьшения значения, хранящегося в переменной, на 1.

Пример: x--; // значение переменной x будет уменьшено на 1
Инкремент и декремент относятся к операциям присваивания. При использовании декремента и инкремента совместно с оператором присваивания "=" применяют постфиксную (x++) или префиксную (++x) запись. Первой выполняется префиксная запись.

Примеры: y = x++;
Предположим, что в переменной x хранилось значение 5. Тогда в y будет записано значение 5, после чего значение переменной x будет увеличено на 1. Таким образом, в y будет 5, а в x - 6. y = --x;
Если в x хранилось значение 5, то сначала будет выполнено уменьшение x до 4, а затем это значение будет присвоено переменной y . Таким образом, x и y будет присвоено значение 4.

При написании программы на любом языке вам нужно использовать различные переменные для хранения различной информации. Переменные - это не что иное, как зарезервированные ячейки памяти для хранения значений. Это означает, что при создании переменной вы сохраняете некоторое пространство в памяти.

Вы можете хранить информацию различных типов данных, таких как символ, широкий символ, целое число, плавающая точка, двойная плавающая точка, логическое значение и т. Д. На основе типа данных переменной операционная система выделяет память и решает, что можно сохранить в зарезервированная память.

Примитивные встроенные типы

C ++ предлагает программисту богатый набор встроенных, а также пользовательских типов данных. В следующих таблицах перечислены семь основных типов данных C ++:

Некоторые из основных типов могут быть изменены с использованием одного или нескольких модификаторов этого типа:

• signed
• unsigned
• short

В следующей таблице показан тип переменной, объем памяти, который требуется для хранения значения в памяти, и то, что является максимальным и минимальным значением, которое может быть сохранено в таких переменных.

Размер переменных может отличаться от размера, указанного в приведенной выше таблице, в зависимости от компилятора и компьютера, который вы используете. Ниже приведен пример, который даст правильный размер различных типов данных на вашем компьютере.

#include using namespace std; int main() { cout << "Size of char: " << sizeof(char) << endl; cout << "Size of int: " << sizeof(int) << endl; cout << "Size of short int: " << sizeof(short int) << endl; cout << "Size of long int: " << sizeof(long int) << endl; cout << "Size of float: " << sizeof(float) << endl; cout << "Size of double: " << sizeof(double) << endl; cout << "Size of wchar_t: " << sizeof(wchar_t) << endl; return 0; }

В этом примере используется endl , который вводит символ новой строки после каждой строки, а оператор << используется для передачи нескольких значений на экран. Мы также используем оператор sizeof () для получения размера различных типов данных.

Когда приведенный выше код компилируется и выполняется, он производит следующий результат, который может варьироваться от машины к машине:

Size of char: 1 Size of int: 4 Size of short int: 2 Size of long int: 4 Size of float: 4 Size of double: 8 Size of wchar_t: 4

Декларации typedef

Вы можете создать новое имя для существующего типа с помощью typedef . Ниже приведен простой синтаксис для определения нового типа с использованием typedef:

Typedef type newname;

Например, следующее говорит компилятору, что ногами является другое имя для int:

Typedef int feet;

Теперь следующая декларация совершенно легальна и создает целочисленную переменную, называемую расстоянием:

Feet distance;

Перечисленные типы

Перечислимый тип объявляет необязательное имя типа и набор из нуля или более идентификаторов, которые могут использоваться как значения типа. Каждый перечислитель является константой, тип которой является перечислением. Для создания перечисления требуется использование ключевого слова enum . Общий вид типа перечисления:

Enum enum-name { list of names } var-list;

Здесь enum-name - это имя типа перечисления. Список имен разделяется запятой. Например, следующий код определяет перечисление цветов, называемых цветами, и переменной c цвета типа. Наконец, c присваивается значение «blue».

Enum color { red, green, blue } c; c = blue;

По умолчанию значение первого имени равно 0, второе имя имеет значение 1, а третье - значение 2 и т. Д. Но вы можете указать имя, определенное значение, добавив инициализатор. Например, в следующем перечислении зеленый будет иметь значение 5.

Enum color { red, green = 5, blue };

Здесь blue будет иметь значение 6, потому что каждое имя будет больше, чем предыдущее.

Тип данных определяет множество значений, набор операций, которые можно применять к таким значениям и способ реализации хранения значений и выполнения операций.

Процесс проверки и накладывания ограничений на типы используемых данных называется контролем типов или типизацией программных данных . Различают следующие виды типизации:

• Статическая типизация - контроль типов осуществляется при компиляции.
• Динамическая типизация - контроль типов осуществляется во время выполнения.

Язык Си поддерживает статическую типизацию, и типы всех используемых в программе данных должны быть указаны перед ее компиляцией.

Различают простые, составные и прочие типы данных.

Простые данные

Простые данные можно разделить на

• целочисленные,
• вещественные,
• символьные
• логические.

Составные (сложные) данные

• Массив — индексированный набор элементов одного типа.
• Строковый тип — массив, хранящий строку символов.
• Структура — набор различных элементов (полей записи), хранимый как единое целое и предусматривающий доступ к отдельным полям структуры.

Другие типы данных

• Указатель — хранит адрес в памяти компьютера, указывающий на какую-либо информацию, как правило - указатель на переменную.

Программа, написанная на языке Си, оперирует с данными различных типов. Все данные имеют имя и тип. Обращение к данным в программе осуществляется по их именам (идентификаторам).

Идентификатор - это последовательность, содержащая не более 32 символов, среди которых могут быть любые буквы латинского алфавита a — z, A — Z, цифры 0 — 9 и знак подчеркивания (_). Первый символ идентификатора не должен быть цифрой.

Несмотря на то, что допускается имя, имеющее до 32 символов, определяющее значение имеют только первые 8 символов. Помимо имени, все данные имеют тип. Указание типа необходимо для того, чтобы было известно, сколько места в оперативной памяти будет занимать данный объект.

Компилятор языка Си придерживается строгого соответствия прописных и строчных букв в именах идентификаторов и лексем.

Целочисленные данные

Целочисленные данные могут быть представлены в знаковой и беззнаковой форме.

Беззнаковые целые числа представляются в виде последовательности битов в диапазоне от 0 до 2 n -1, где n-количество занимаемых битов.

Знаковые целые числа представляются в диапазоне -2 n-1 …+2 n-1 -1. При этом старший бит данного отводится под знак числа (0 соответствует положительному числу, 1 – отрицательному).

Основные типы и размеры целочисленных данных:

Вещественные данные

Вещественный тип предназначен для представления действительных чисел. Вещественные числа представляются в разрядной сетке машины в нормированной форме.

Нормированная форма числа предполагает наличие одной значащей цифры (не 0) до разделения целой и дробной части. Такое представление умножается на основание системы счисления в соответствующей степени. Например, число 12345,678 в нормированной форме можно представить как

12345,678 = 1,2345678·10 4

Число 0,009876 в нормированной форме можно представить как

0,009876 = 9,876·10 -3

В двоичной системе счисления значащий разряд, стоящий перед разделителем целой и дробной части, может быть равен только 1. В случае если число нельзя представить в нормированной форме (например, число 0), значащий разряд перед разделителем целой и дробной части равен 0.

Значащие разряды числа, стоящие в нормированной форме после разделителя целой и дробной части, называются мантиссой числа .

В общем случае вещественное число в разрядной сетке вычислительной машины можно представить в виде 4 полей.

• знак — бит, определяющий знак вещественного числа (0 для положительных чисел, 1 — для отрицательных).
• степень — определяет степень 2, на которую требуется умножить число в нормированной форме. Поскольку степень 2 для числа в нормированной форме может быть как положительной, так и отрицательной, нулевой степени 2 в представлении вещественного числа соответствует величина сдвига, которая определяется как

  где n — количество разрядов, отводимых для представления степени числа.

• целое — бит, который для нормированных чисел всегда равен 1, поэтому в некоторых представлениях типов этот бит опущен и принимается равным 1.
• мантисса — значащие разряды представления числа, стоящие после разделителя целой и дробной части в нормированной форме.

Различают три основных типа представления вещественных чисел в языке Си:

Как видно из таблицы, бит целое у типов float и double отсутствует. При этом диапазон представления вещественного числа состоит из двух диапазонов, расположенных симметрично относительно нуля. Например, диапазон представления чисел типа float можно представить в виде:

Пример : представить число -178,125 в 32-разрядной сетке (тип float ).

Для представления числа в двоичной системе счисления преобразуем отдельно целую и дробную части:

178 10 = 10110010 2 .

0,125 10 = 0,001 2 .

178,125 10 = 10110010,001 2 =1,0110010001·2 111

Для преобразования в нормированную форму осуществляется сдвиг на 7 разрядов влево).

Для определения степени числа применяем сдвиг:

0111111+00000111 = 10000110 .

Таким образом, число -178,125 представится в разрядной сетке как

Символьный тип

Символьный тип хранит код символа и используется для отображения символов в различных кодировках. Символьные данные задаются в кодах и по сути представляют собой целочисленные значения. Для хранения кодов символов в языке Си используется тип char .

Логический тип

Логический тип имеет применяется в логических операциях, используется при алгоритмических проверках условий и в циклах и имеет два значения:

• истина — true
• ложь — — false

В программе должно быть дано объявление всех используемых данных с указанием их имени и типа. Описание данных должно предшествовать их использованию в программе.

Пример объявления объектов

int n; // Переменная n целого типа
double a; // Переменная a вещественного типа двойной точности

Типы данных в Си — класс данных, значения которых имеют схожие характеристики. Тип определяет внутреннее представление данных в памяти. Самые основные типы данных: логический, целочисленный, числа с плавающей точкой, строковые, указатели.

При динамической типизации переменная связывается с типом на момент инициализации. Получается, что переменная в разных участках кода может иметь разные типы. Динамическую типизацию поддерживают Java Script, Python, Ruby, PHP.

Статическая типизация является противоположностью динамической. При объявлении переменная получает тип, который не меняется в дальнейшем. Языки Си и Си++ являются именно такими. Этот способ наиболее удобный для написания сложного кода, а на стадии компиляции исключается много ошибок.

Языки неформально делятся на сильнотипизированный и слаботипизированный. Сильная типизация подразумевает, что компилятор выдаст ошибку при несовпадении ожидаемого и фактического типов.

x = 1 + “2”; //ошибка — нельзя прибавить к числу символьный знак

Пример слабой типизации.

Проверка согласования типов осуществляется системой типобезопасности. Ошибка типизации возникает, например, при попытке использовать число как функцию. Существуют нетипизированные языки. В противоположность типизированным, они позволяют осуществлять любые операции над каждым объектом.

Классы памяти

Переменные, независимо от их типа, имеют свою область видимости и время существования.

Классы памяти:

• auto;
• static;
• extern;
• register.

Все переменные в языке Си по умолчанию являются локальными. Они могут использоваться только внутри функции или блока. По завершении функции их значение уничтожается.

Статическая переменная также является локальной, но вне своего блока может иметь другое значение, а между вызовами функции значение сохраняется.

Внешняя переменная является глобальной. Она доступна в любой части кода и даже в другом файле.

Спецификаторы типов данных в Си могут не указываться в таких случаях:

1. Все переменные внутри блока не являются переменными, соответственно, если предполагается использование именно этого класса памяти, то спецификатор auto не указывается.
2. Все функции, объявленные вне блока или функции, являются по умолчанию глобальными, поэтому спецификатор extern не обязателен.

Для указания простых типов указываются спецификаторы int, char, float или double. К переменным могут подставляться модификаторы unsigned (беззнаковый), signed (знаковый), short, long, long long.

По умолчанию все числа являются знаковыми, соответственно, могут находиться в диапазоне только положительных чисел. Чтобы определить переменную типа char как знаковую, пишется signed char. Long, long long и short указывают, как много места в памяти отводится для хранения. Наибольшее — long long, наименьшее — short.

Char — самый маленький тип данных в Си. Для хранения значений выделяется всего 1 байт памяти. Переменной типа character обычно присваиваются символы, реже — цифры. Символьные значения берутся в кавычки.

Тип int хранит целые числа, его размер не определен — занимает до 4 байт памяти, в зависимости от архитектуры компьютера.

Явное преобразование беззнаковой переменной задается так:

Неявное выглядит так:

Float и double определяют числа с точкой. Числа float представляются в виде -2.3 или 3.34. Double используется для большей точности — после разделителя целой и дробной части указывается больше цифр. Этот тип занимает больше места в памяти, чем float.

Void имеет пустое значение. Он определяет функции, которые ничего не возвращают. С помощью этого спецификатора указывается пустое значение в аргументах методов. Указатели, которые могут принимать любой тип данных, также определяются как void.

Логический тип Bool

Применяется в проверках условий и циклах. Имеет всего два значения:

• истина;
• ложь.

Булевые значения могут преобразовываться в значение типа int. True эквивалентно единице, false — нулю. Преобразование типов предусмотрено только между bool и int, в противном случае компилятор выдаст ошибку.

if (x) { //Error: «Cannot implicitly convert type ‘int’ to ‘bool"»

if (x != 0) // The C# way

Строки и массивы

Массивы относятся к сложными типам даным в Си. ЯП не работает со строками так же, как это делает Джаваскрипт или Руби. В Си все строки являются массивами элементов символьного значения. Строки оканчиваются нулевым байтом “