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Objective-C基本数据类型与变量声明详解

2023-05-255.0k 阅读

基本数据类型概述

Objective-C 作为一门强大的编程语言，拥有丰富的基本数据类型。这些基本数据类型是构建复杂程序的基石，了解它们的特性和使用方法对于编写高效、可靠的代码至关重要。

Objective-C 的基本数据类型主要分为数值类型（整数类型、浮点类型）、字符类型和布尔类型。每一种类型都有其特定的存储方式、取值范围以及适用场景。

整数类型

整型分类

  1. 短整型（short）
    • 在 Objective-C 中，short类型通常占用 2 个字节（16 位）的内存空间。它用于表示相对较小范围的整数。其取值范围在不同的系统中可能略有差异，但一般情况下，有符号短整型short的取值范围是 -32768 到 32767，无符号短整型unsigned short的取值范围是 0 到 65535。
    • 例如，以下代码声明了一个有符号短整型变量并赋值：
short num1 = 100;
  • 而声明无符号短整型变量可以这样：
unsigned short num2 = 10000;
  1. 整型（int）
    • int类型是最常用的整数类型，在 32 位系统中，它通常占用 4 个字节（32 位）的内存空间，在 64 位系统中，也通常占用 4 个字节。有符号int的取值范围一般是 -2147483648 到 2147483647，无符号int的取值范围是 0 到 4294967295。
    • 声明和使用int类型变量的示例：
int count = 50;
  1. 长整型（long）
    • long类型用于表示较大范围的整数。在 32 位系统中，long通常占用 4 个字节，在 64 位系统中，long通常占用 8 个字节（64 位）。有符号long在 64 位系统中的取值范围是 -9223372036854775808 到 9223372036854775807，无符号long的取值范围是 0 到 18446744073709551615。
    • 代码示例：
long bigNumber = 123456789012345;
  1. 长双整型（long long）
    • long long类型提供了比long更大的取值范围，它在 64 位系统中占用 8 个字节。有符号long long的取值范围是 -9223372036854775808 到 9223372036854775807，无符号long long的取值范围是 0 到 18446744073709551615。
    • 例如：
long long veryBigNumber = 9999999999999999999LL;
  • 注意，在给long long类型变量赋值时，为了明确表示是long long类型的常量，通常在数值后面加上LL后缀。

整型的存储与表示

  1. 有符号整型的存储
    • 有符号整型采用补码（two - complement）形式存储。补码的好处是可以用统一的加法电路来实现加法和减法运算。例如，对于 8 位有符号整型，数字 5 的二进制表示是00000101，而 -5 的二进制表示是11111011。
    • 计算 -5 的补码过程如下：首先取 5 的二进制00000101，然后按位取反得到11111010，最后加 1 得到11111011。
  2. 无符号整型的存储
    • 无符号整型直接以二进制形式存储数值。例如，对于 8 位无符号整型，数字 5 的二进制表示就是00000101，数字 255 的二进制表示是11111111。无符号整型没有正负之分，其所有位都用于表示数值大小。

整型的使用场景

  1. 计数器
    • 当需要对某个事件进行计数时，int类型通常是一个很好的选择。比如，统计文件中的行数：
int lineCount = 0;
// 假设这里有读取文件并逐行处理的逻辑，每处理一行 lineCount 加 1
  1. 数组索引
    • 在访问数组元素时，需要使用整数作为索引。由于数组的大小通常不会非常大，int类型足够满足大多数数组索引的需求。
int numbers[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    numbers[i] = i * 2;
}
  1. 表示小范围的正整数
    • 如果知道数值范围较小且为正，unsigned short或unsigned int可以节省内存空间。例如，在表示月份（1 - 12）时，可以使用unsigned short：
unsigned short month = 5;

浮点类型

浮点型分类

  1. 单精度浮点型（float）
    • float类型用于表示带小数的数值，它占用 4 个字节（32 位）的内存空间。float类型可以精确表示大约 6 - 7 位有效数字。其取值范围大致在$1.2E - 38$到$3.4E + 38$之间。
    • 声明和赋值float类型变量的示例：
float pi = 3.14159f;
  • 注意，在给float类型变量赋值时，为了明确表示是float类型的常量，通常在数值后面加上f后缀。
  1. 双精度浮点型（double）
    • double类型占用 8 个字节（64 位）的内存空间，它可以精确表示大约 15 - 17 位有效数字。double类型的取值范围比float更大，大致在$2.2E - 308$到$1.8E + 308$之间。
    • 示例代码：
double bigDecimal = 1234567890.123456789;

浮点型的存储与表示

  1. IEEE 754 标准
    • Objective - C 的浮点类型遵循 IEEE 754 标准。以float为例，32 位的float由 1 位符号位（S）、8 位指数位（E）和 23 位尾数位（M）组成。
    • 符号位表示数值的正负，0 表示正数，1 表示负数。指数位以偏移二进制（biased binary）形式存储，偏移量为 127。尾数位表示小数部分。
    • 例如，对于数字 3.5，其float表示如下：
      • 3.5 的二进制表示为11.1，规范化后为1.11 * 2^1。
      • 符号位 S 为 0（正数）。
      • 指数位 E 为$1 + 127 = 128$，二进制表示为10000000。
      • 尾数位 M 为11后面补 21 个 0，即11000000000000000000000。
      • 所以 3.5 的float表示为01000000011000000000000000000000。
  2. 精度问题
    • 由于浮点型采用有限的二进制位来表示小数，存在精度损失的问题。例如，以下代码：
float num1 = 0.1f;
float num2 = 0.2f;
float sum = num1 + num2;
NSLog(@"Sum: %f", sum);
  • 输出可能不是预期的 0.3，而是接近 0.3 的一个近似值。这是因为 0.1 和 0.2 在二进制中无法精确表示，导致计算结果有微小的偏差。

浮点型的使用场景

  1. 科学计算
    • 在进行科学计算，如物理模拟、数学建模等场景中，double类型通常被广泛使用，因为它可以提供足够的精度。例如，计算行星轨道时：
double gravitationalConstant = 6.67430e - 11;
double mass1 = 5.97237e24;
double mass2 = 7.34767309e22;
double distance = 3.844e8;
double force = gravitationalConstant * mass1 * mass2 / (distance * distance);
  1. 图形处理
    • 在图形处理中，float类型常用于表示坐标、颜色值等。例如，在 OpenGL 中，顶点坐标通常使用float类型：
GLfloat vertices[] = {
    0.0f, 0.5f, 0.0f,
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
    0.5f, -0.5f, 0.0f
};

字符类型

字符型概述

  1. char类型
    • char类型用于存储单个字符，它占用 1 个字节（8 位）的内存空间。在 Objective - C 中，char类型通常按照 ASCII 编码方式存储字符。例如，字符'A'的 ASCII 码值是 65，存储在char类型变量中就是二进制的01000001。
    • 声明和使用char类型变量的示例：
char letter = 'A';
  1. 宽字符类型（wchar_t）
    • wchar_t类型用于存储宽字符，它通常占用 2 个字节（16 位）或 4 个字节（32 位），具体取决于系统。宽字符类型主要用于支持非 ASCII 字符集，如 Unicode。例如，存储一个中文字符：
wchar_t chineseChar = L'中';
  • 注意，在宽字符常量前需要加上L前缀。

字符型的存储与表示

  1. ASCII 编码
    • 对于char类型，ASCII 编码规定了 128 个字符的编码值，包括英文字母、数字、标点符号等。例如，数字字符'0'到'9'的 ASCII 码值依次为 48 到 57，大写字母'A'到'Z'的 ASCII 码值依次为 65 到 90。
  2. Unicode 编码
    • wchar_t类型常与 Unicode 编码配合使用。Unicode 是一个国际标准字符集，旨在为世界上所有的字符提供唯一的编码。例如，中文字符'中'的 Unicode 编码值是4E2D（十六进制），在wchar_t类型变量中以相应的二进制形式存储。

字符型的使用场景

  1. 字符串处理
    • char类型是组成 C 风格字符串的基本单元。C 风格字符串是以'\0'（空字符）结尾的字符数组。例如：
char greeting[] = "Hello, World!";
  • 在 Objective - C 中，虽然有更高级的NSString类来处理字符串，但了解char类型在字符串处理中的基础作用仍然很重要。
  1. 字符输入输出
    • 当需要进行简单的字符输入输出操作时，char类型非常有用。例如，使用scanf函数读取单个字符：
char inputChar;
printf("Enter a character: ");
scanf("%c", &inputChar);
printf("You entered: %c\n", inputChar);

布尔类型

布尔型概述

  1. BOOL类型
    • 在 Objective - C 中，BOOL类型用于表示布尔值，即真或假。BOOL类型实际上是一个char类型的别名，占用 1 个字节。YES代表真，其值为 1；NO代表假，其值为 0。
    • 声明和使用BOOL类型变量的示例：
BOOL isDone = NO;
if (isDone) {
    NSLog(@"Task is completed.");
} else {
    NSLog(@"Task is not completed yet.");
}

布尔型的存储与表示

由于BOOL是char类型的别名，它在内存中以 1 个字节存储。YES对应二进制的00000001，NO对应二进制的00000000。

布尔型的使用场景

  1. 条件判断
    • BOOL类型广泛用于条件判断语句中，如if - else、switch - case等。例如，判断一个数是否为偶数：
int number = 10;
BOOL isEven = (number % 2 == 0);
if (isEven) {
    NSLog(@"%d is an even number.", number);
} else {
    NSLog(@"%d is an odd number.", number);
}
  1. 逻辑运算
    • 在进行逻辑运算时，BOOL类型是基本的数据类型。例如，逻辑与（&&）、逻辑或（||）和逻辑非（!）运算：
BOOL condition1 = YES;
BOOL condition2 = NO;
BOOL result1 = condition1 && condition2; // result1 为 NO
BOOL result2 = condition1 || condition2; // result2 为 YES
BOOL result3 =!condition1; // result3 为 NO

变量声明

变量声明的基本语法

  1. 声明单个变量
    • 变量声明的基本语法是先指定数据类型，然后跟上变量名。例如，声明一个int类型的变量age：
int age;
  • 声明一个float类型的变量height：
float height;
  1. 声明多个同类型变量
    • 可以在一行中声明多个同类型的变量，变量名之间用逗号分隔。例如，声明多个int类型的变量：
int num1, num2, num3;
  1. 声明变量并初始化
    • 在声明变量的同时可以对其进行初始化，即赋予初始值。例如，声明并初始化一个int类型的变量count：
int count = 10;
  • 声明并初始化一个float类型的变量pi：
float pi = 3.14159f;

变量的作用域

  1. 局部变量
    • 局部变量是在函数内部或代码块（由花括号{}括起来的一段代码）内声明的变量。其作用域仅限于声明它的函数或代码块内。例如：
void printSum() {
    int a = 5;
    int b = 3;
    int sum = a + b;
    NSLog(@"Sum: %d", sum);
    // 这里可以访问 a, b, sum
}
// 这里不能访问 a, b, sum，因为它们是局部变量，作用域在 printSum 函数内
  1. 全局变量
    • 全局变量是在函数外部声明的变量，其作用域从声明处开始到整个源文件结束。例如：
int globalValue = 100;
void printGlobalValue() {
    NSLog(@"Global Value: %d", globalValue);
}
int main() {
    printGlobalValue();
    return 0;
}
  • 全局变量在整个程序运行期间都存在，所有函数都可以访问它。但过多使用全局变量可能会导致代码的可维护性降低，因为不同函数都可能修改全局变量的值，容易产生难以调试的错误。

变量的存储类型

  1. 自动变量（auto）
    • 在函数内部声明的变量默认是自动变量，其存储类型为auto。自动变量在函数被调用时创建，函数结束时销毁。例如：
void autoVariableExample() {
    auto int localVar = 5;
    NSLog(@"Local Variable: %d", localVar);
}
  • 实际上，auto关键字通常可以省略，如int localVar = 5;效果是一样的。
  1. 静态变量（static）
    • 静态变量可以是局部静态变量或全局静态变量。
    • 局部静态变量：在函数内部用static关键字声明的变量。局部静态变量只在第一次调用函数时初始化，之后调用函数时不再重新初始化，并且其值会在函数调用之间保持。例如：
void staticVariableExample() {
    static int count = 0;
    count++;
    NSLog(@"Count: %d", count);
}
  • 全局静态变量：在函数外部用static关键字声明的变量。全局静态变量的作用域仅限于声明它的源文件，其他源文件无法访问。这有助于隐藏变量，避免命名冲突。例如：
static int staticGlobalValue = 200;
void printStaticGlobalValue() {
    NSLog(@"Static Global Value: %d", staticGlobalValue);
}
  1. 寄存器变量（register）
    • 寄存器变量是建议编译器将变量存储在寄存器中而不是内存中的变量，使用register关键字声明。由于寄存器访问速度比内存快，对于频繁使用的变量（如循环计数器）声明为寄存器变量可能会提高程序性能。例如：
void registerVariableExample() {
    register int i;
    for (i = 0; i < 1000000; i++) {
        // 一些操作
    }
}
  • 然而，现代编译器非常智能，它会自动优化变量的存储位置，所以register关键字使用得越来越少。

通过深入理解 Objective - C 的基本数据类型和变量声明，开发者能够更有效地编写代码，合理利用内存资源，提高程序的性能和可维护性。在实际编程中，根据具体需求选择合适的数据类型和变量声明方式是编写高质量代码的关键。同时，要注意不同数据类型的取值范围、精度以及变量的作用域和存储类型等特性，避免因使用不当而导致的错误。