嵌入式C 語言數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換淺析

張正宜 杜秋來 新余學(xué)院

一、引言

嵌入式微處理器技術(shù)發(fā)展迅速，采用更高效的編程語言已成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者的必然選擇。而C 語言作為為數(shù)不多的同時(shí)具備高級(jí)語言和低級(jí)語言優(yōu)良性能，可以直接控制硬件的高級(jí)語言之一，得到了大多數(shù)程序員的青睞，而且C 語言作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)及許多非計(jì)算機(jī)專業(yè)的入門編程語言，有非常好的群眾基礎(chǔ)。嵌入式C 語言就是在C 語言的基礎(chǔ)上，針對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，特別是數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問機(jī)制。區(qū)別在于使用時(shí)考慮的角度不同及習(xí)慣不同，如嵌入式C 語言開發(fā)會(huì)更在乎效率和內(nèi)存有效使用等。

二、嵌入式C 語言數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的定義是一個(gè)值的集合以及定義在這個(gè)值集上的一組操作。C 語言是一種“強(qiáng)類型”編程語言，即C 語言中每一種數(shù)據(jù)都有特定的數(shù)據(jù)類型，并且在程序編譯過程中要對(duì)每個(gè)常量和變量的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行檢查，不一致會(huì)報(bào)錯(cuò)。

嵌入式C 要對(duì)不同的處理器編程，因此它的數(shù)據(jù)類型比較復(fù)雜，與所編程的對(duì)象處理器直接相關(guān)，不同的處理器，會(huì)擴(kuò)充新的數(shù)據(jù)類型。類型復(fù)雜的數(shù)據(jù)，使用起來靈活多變，經(jīng)常要進(jìn)行類型間的相互轉(zhuǎn)換，給初學(xué)者的使用造成較大麻煩，且容易出錯(cuò)。本文針對(duì)上述問題，對(duì)嵌入式C 語言中算術(shù)類型轉(zhuǎn)換、賦值類型轉(zhuǎn)換、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換這三種常見的基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換進(jìn)行深入的探討和歸納，同時(shí)對(duì)三種類型轉(zhuǎn)換進(jìn)行總結(jié)對(duì)比，并通過典型程序舉例分析了在編程中的實(shí)際應(yīng)用。

三、嵌入式C 語言數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換機(jī)制

（一）自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換

自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換就是編譯器隱形進(jìn)行的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換不需要程序員干預(yù)，會(huì)自動(dòng)發(fā)生。在有多種數(shù)據(jù)類型混合計(jì)算的時(shí)候，若未人為控制類型，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。

1、將一種類型的數(shù)據(jù)賦值給另外一種類型的變量時(shí)就會(huì)發(fā)生自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換，例如：float f = 100；100 是 int 類型的數(shù)據(jù)，需要先轉(zhuǎn)換為float 類型才能賦值給變量 f。在賦值運(yùn)算中，賦值號(hào)兩邊的數(shù)據(jù)類型不同時(shí)，需要把右邊表達(dá)式的類型轉(zhuǎn)換為左邊變量的類型，這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，或者精度降低；所以說，自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換并不一定是安全的。對(duì)于不安全的類型轉(zhuǎn)換，編譯器一般會(huì)給出警告。

2、在不同類型的混合運(yùn)算中，編譯器也會(huì)自動(dòng)地轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型，將參與運(yùn)算的所有數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換為同一種類型，然后再進(jìn)行計(jì)算。轉(zhuǎn)換的規(guī)則如下：

轉(zhuǎn)換按數(shù)據(jù)長度增加的方向進(jìn)行，以保證數(shù)值不失真，或者精度不降低。例如，int 和long 參與運(yùn)算時(shí)，先把int 類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成long 類型后再進(jìn)行運(yùn)算。所有的浮點(diǎn)運(yùn)算都是以雙精度進(jìn)行的，即使運(yùn)算中只有float 類型，也要先轉(zhuǎn)換為double 類型，才能進(jìn)行運(yùn)算。

自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換示例：

#include

int main(){

float PI = 3.14159；

int s1, r = 5；

double s2；

s1 = r * r * PI；

s2 = r * r * PI；

printf("s1=%d, s2=%f ", s1, s2)；

return 0；

}

運(yùn)行結(jié)果：s1=78, s2=78.539749。在計(jì)算表達(dá)式r*r*PI 時(shí)，r和 PI 都被轉(zhuǎn)換成 double 類型，表達(dá)式的結(jié)果也是double 類型。但由于s1 為整型，所以賦值運(yùn)算的結(jié)果仍為整型，舍去了小數(shù)部分，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。

（二）賦值轉(zhuǎn)換

如果賦值運(yùn)算符兩側(cè)數(shù)據(jù)類型不一致，則在賦值時(shí)會(huì)發(fā)生賦值類型轉(zhuǎn)換。

1、int 型與float 型

將float 類型賦值給int 型時(shí)，會(huì)舍去小數(shù)部分。

如：int a = 3.5；//此時(shí)a 的值是3

將int 類型賦值給float 型時(shí)，數(shù)值會(huì)以float 類型存儲(chǔ)。

如：float f = 4；//此時(shí)f 的值是4.0

2、float 型與double 型

將double 型賦值給float 型時(shí)，截取7 位有效數(shù)字存儲(chǔ)在float類型中。但要注意不要超過float 類型的存儲(chǔ)范圍（因?yàn)閐ouble 類型存儲(chǔ)范圍比float 類型大）

3、char 型與int 型

將int類型賦值給char類型時(shí)，直接截取低8位存儲(chǔ)在char型中。

將char 類型賦值給int 類型時(shí)，分兩種情況：

⑴無符號(hào)char 類型（即unsigned char 型），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在int類型低8 位，剩下24 位補(bǔ)0；

⑵有符號(hào)char 類型，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在int 型低8 位。若char 首位是0，則int 型剩下24 位補(bǔ)0；若char 首位是1，則int 型剩下24 位補(bǔ)1；

（三）強(qiáng)制數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換

自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換是編譯器根據(jù)代碼的上下文環(huán)境自行判斷的結(jié)果，不能滿足所有的需求，程序員可以自己在代碼中明確地提出要進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，稱為強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。

強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的格式為：

(type_name) expression

type_name 為新類型名稱，expression 為表達(dá)式。

下面是一個(gè)需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的經(jīng)典例子：

1.#include

2.int main(){

3.int sum = 103； //總數(shù)

4.int count = 7； //數(shù)目

5.double average； //平均數(shù)

6. average = (double) sum / count；

7.printf("Average is %lf！ ", average)；

8.return 0；

9.}

運(yùn)行結(jié)果：Average is 14.714286！

sum 和count 都是 int 類型，如果不進(jìn)行干預(yù)，則sum/count的運(yùn)算結(jié)果也是int 類型，小數(shù)部分將被丟棄；雖然是average 是double 類型，可以接收小數(shù)部分，但是小數(shù)部分提前就被“閹割”了，只能接收到整數(shù)部分，導(dǎo)致除法運(yùn)算的結(jié)果嚴(yán)重失真。為了提高運(yùn)算結(jié)果的精度呢，程序員只要將sum 或者count 其中之一轉(zhuǎn)換為double 類型即可。

類型轉(zhuǎn)換只是臨時(shí)性的，無論是自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換還是強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，都只是為了本次運(yùn)算而進(jìn)行的臨時(shí)性轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果也會(huì)保存到臨時(shí)的內(nèi)存空間，不會(huì)改變數(shù)據(jù)本來的類型或者值。

（四）自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換VS 強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換

在C 語言中，有些類型既可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換，也可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，例如int 到 double，float 到 int 等；而有些類型只能強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，不能自動(dòng)轉(zhuǎn)換，例如以后將要學(xué)到的 void * 到 int *，int 到 char * 等?？梢宰詣?dòng)轉(zhuǎn)換的類型一定能夠強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，但是，需要強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的類型不一定能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

可以自動(dòng)進(jìn)行的類型轉(zhuǎn)換一般風(fēng)險(xiǎn)較低，不會(huì)對(duì)程序帶來嚴(yán)重的后果，例如，int 到 double 沒有什么缺點(diǎn)，float 到 int 存在數(shù)值失真。

四、小結(jié)

本文從嵌入式C 語言的數(shù)據(jù)類型的復(fù)雜性及重要性引入，通過數(shù)據(jù)類型基本概念，主要闡述了嵌入式C 語言中算術(shù)類型轉(zhuǎn)換、賦值類型轉(zhuǎn)換、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的規(guī)則、格式及典型應(yīng)用，并對(duì)自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換與強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換進(jìn)行了比較，對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。