（学习笔记）2.1 信息存储（2.1.2 字数据大小）

文章目录

• 线索栏
• 笔记栏
• • 2.1.2 字数据大小
  • • 1. 字长与虚拟地址空间
    • • 1）定义
      • 2）核心影响
      • 3）32位 vs. 64位迁移
    • 2. C语言数据类型的大小（详见图2-3表格）
    • • 1）大小依赖
      • 2）典型值总结
      • 3）符号性
    • 3. 可移植性与确定大小的类型
• 总结栏

线索栏

笔记栏

2.1.2 字数据大小

核心概念：计算机的字长（Word Size）​ 是系统的一个基本参数，它定义了指针数据的标称大小，并深刻影响虚拟地址空间的大小和C语言中多种数据类型的大小。

1. 字长与虚拟地址空间

1）定义

字长指明了指针数据的标称大小。

2）核心影响

（1）因为虚拟地址是用一个字来编码的，所以字长决定了虚拟地址空间的最大大小。 （2）对于字长为w位的机器，虚拟地址范围是0到2^w-1, 程序最多可访问2^w字节。

3）32位 vs. 64位迁移

（1）32位系统：虚拟地址空间限制为2的32（次方）字节 = 4 GB。 （2）64位系统：虚拟地址空间高达 2的64（次方）字节 = 16 EB（艾字节）。这是从大型机到智能手机的普遍趋势。 （3）向后兼容：大多数64位机器可以运行为32位编译的程序。

2. C语言数据类型的大小（详见图2-3表格）

1）大小依赖

数据类型的确切字节数依赖于程序是如何编译的（是编译为32位还是64位程序）。

2）典型值总结

（1）char: 1字节（可存储字符或小整数）。 （2）short: 2字节。 （3）int: 通常为4字节（即使在64位程序中）。 （4）long: 4字节（32位程序）​ 或 8字节（64位程序）。 （5）long long: 8字节。 （6）指针​ (char *等): 4字节（32位程序）​ 或 8字节（64位程序），即使用程序的全字长。 （7）float(单精度): 4字节。 （8）double(双精度): 8字节。

3）符号性

（1）大多数数据类型默认是有符号的。 （2）使用 unsigned关键字可声明为无符号类型（如 unsigned int）。 （3）例外：char的符号性未由C标准定义，取决于编译器和机器。为保证是有符号字节，应明确使用 signed char。

3. 可移植性与确定大小的类型

（1）问题：C标准只规定了数据类型的最小范围，未规定确切大小，导致程序在不同字长机器间移植可能出现问题（例如，过去许多程序错误地假设 int可以存储指针）。 （2）解决方案：ISO C99​ 引入了固定大小的整数类型，如 int32_t和 int64_t，它们分别是 4字节​ 和 8字节。 （3）最佳实践：使用这些确定大小的类型是程序员精确控制数据表示的最佳途径，可增强程序的可移植性。

总结栏

本节明确了 字长（Word Size）​ 作为计算机系统的基础参数，其核心影响有二： 一是决定了虚拟地址空间的理论上限（32位4GB，64位16EB），二是影响了C语言中许多数据类型（尤其是 long和指针）的存储大小。

对于程序员而言，必须意识到数据类型大小并非绝对，它受制于目标机器的字长和编译选项。为了编写可移植的健壮代码，尤其是在从32位向64位迁移的背景下，应优先使用C99标准提供的 int32_t、int64_t​ 等固定大小类型，并警惕对指针和整数类型之间相互转换的隐含假设。

图2-3的表格是本节知识的视觉化核心，需要牢记32位与64位环境下关键类型的典型大小差异。