第一个程序&C语言数字表示

第一个C语言程序

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与hello world不同，这里是另外一个简单的C语言程序。接下来对这个程序结构进行简要介绍，使得了解C程序的基本架构。
#include <stdio.h>
这一行的意思是引入一个头文件，.h就是head的意思。一般地，在C语言或C++中，会把用来#include的文件的扩展名叫 .h，称其为头文件。 #include文件的目的就是把多个编译单元（也就是c或者cpp文件）公用的内容，单独放在一个文件里减少整体代码尺寸；或者提供跨工程公共代码。
stdio 就是指 “standard input & output"（标准输入输出）
所以，源代码中如用到标准输入输出函数时，就要包含这个头文件
也可以自己写一个.h或者.cpp文件，在其中存储一些自己写的函数，放在程序的同一文件夹下，这时也就可以include自己的文件调用自己写的函数了。
int main() printf() 本程序包含两个函数。函数就是C语言中的程序模块，当我们经常要执行一项任务时，就可以抽象出一个函数实现这个功能。函数在使用前必须声明，一般用函数原型的方法实现，这里不在赘述。
函数一般的形式：
return_value_type function_name(parameter_list)
即返回值函数名(形参列表)
int main()中，返回值就是int整型，而且main()函数是一个C程序的唯一入口。
所以，上图的代码其实是不规范的，应该在末尾加上return 0;表明main()的返回值。
那既然程序都结束了，返回这个0干什么呢？其实这个return 很多时候都是用来检测函数是否正确执行的，当函数正确执行完成，就会返回0，如果异常或者退出，就会返回随机值。
main()中没有形参，但是printf()中可以看到有多个参数，%d表示的是10进制有符号格式化输出后续值。sizeof(a)表示求变量a的所占字节数。除了%d，C语言还有多种格式化输出符号，这里也暂时不在展开。\n则是回车的转义。
程序得到的结果是4。代表a占据4个字节。
到这里，其实对C的基本语法介绍了不少了。现在可以聊聊更有趣的事情，C既然是相比偏底层的高级语言，也可以据此了解一下计算机的数字存储。
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首先说明，计算机中1字节（byte）= 8比特(位,bit)
这里我们选择的是64位TDM-GCC，按常理，int应该是64位，但是这里编译器是结果确实32位。因为有一个直接制定64位的 int64, 所以为了兼容之前的代码，很多64编译器int仍然是4字节32bit.
32bit，其实表示a有32位存放0和1，那是不是a最大是2^32-1=4 294 967 296-1呢，我们看一看.
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并不是，相反，结果是负数，其实现在a早就已经发生了溢出
这里就引出了计算机&数逻中几种简单的编码:源码，反码，补码。
为了表示正负，原码编码提供了一种方式，让二进制数字的"最高位"表示符号，0正1负，后续位做数值位。如0111表示7，1110表示-6.但是这种方式有一个问题就是1000和0000都表示0，就有了正0负0之说。而且在计算机中，用源码计算也不方便(感兴趣可参考P&H或者CSAPP)。
反码是原码的补充，也是0正1负，但是不同处在于，当数字是负数时，反码是原码的除符号位位外按位求反。比如7原码0111，反码0111，-6的原码1110，反码却是1001.
最后一种，也是最重要的，叫做补码(two’s complement).这里对补码进行一个通俗的解释，补码是一个位有"两种"情况的编码，最高位是负位，其余位是正位。补码0111表示7，1111表示-8+7=-1，1000表示-8。补码的一个很重要的作用就是把减法运算化为加法运算，而且可以看到，4位补码表示范围是-8~+7,没有重复(正0负0).
比如5-3，补码可表示为5+（-3）
0101
1101 add
= 0 0 1 0 (2)
4位编码，丢弃溢出位1。
这样可以大大简化计算机设计。所以，计算机中通常默认存储为补码。
补码还有一个特点，那就是位数扩展非常方便，如4位补码1001，扩展成8位就是1111 1001

三者之间有简单的转换规则，这里也不再赘述。

现在我们可以解释之前的结果了a用补码表示，最大只支持2^31-1=2 147 483 648-1.
测试试一试
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我们知道了2 147 483 647=0111…1（31个1）那如果令a=2 147 483 648呢？我们猜测一下。
2 147 483 647+1=0111…1+000…1=100…000，根据补码编码，这个数字是多少？答案是-2^31=-2 147 483 648.我们验证一下

完美符合我们的预测。
此时，程序已经发生了溢出,a既然是32位，向高位的进位会被舍弃，只会读取0-31位。如果我们继续扩大数字，我们依然可以根据规则预测溢出后的结果。
2 147 483 647+1=100…0000
继续+1=100…001，所以，2 147 483 649溢出结果应该是100…0001，按照补码，应该为-2 147 483 647
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如果我们不想用补码表示，我们只要表示正数，又不想浪费空间，怎么办？C也有办法，那就是把a令为无符号数(unsigned int)
此时，a没有符号位，0000表示0，1111表示15.
所以a最大可表示2^32-1=4 294 967 296-1

除此之外，如果数字过大，C还可以用long/ long前缀扩大a占据的内存大小
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b占据了8个字节，达到了64bit，可表示数值范围大大扩大。