En el lenguaje de programación C , los tipos de datos constituyen la semántica y las características de almacenamiento de los elementos de datos. Se expresan en la sintaxis del lenguaje en forma de declaraciones de ubicaciones de memoria o variables . Los tipos de datos también determinan los tipos de operaciones o métodos de procesamiento de los elementos de datos.
El lenguaje C proporciona tipos aritméticos básicos, como tipos de números enteros y reales , y sintaxis para construir tipos de matriz y compuestos. Los encabezados de la biblioteca estándar de C , que se utilizan a través de directivas de inclusión , contienen definiciones de tipos de soporte, que tienen propiedades adicionales, como proporcionar almacenamiento con un tamaño exacto, independientemente de la implementación del lenguaje en plataformas de hardware específicas. [1] [2]
El lenguaje C proporciona los cuatro especificadores de tipo aritmético básicos char , int , float y double , y los modificadores signed , unsigned , short y long . La siguiente tabla enumera las combinaciones permitidas para especificar un conjunto grande de declaraciones específicas del tamaño de almacenamiento.
SCHAR_MIN == −128y ) para un char con signo deSCHAR_MAX == 127 8 bits . Desde C23, la única representación permitida es el complemento a dos, por lo tanto, los valores varían desde al menos [−2 n −1 , 2 n −1 −1] . [5]%hhipara salida numérica%hhupara salida numéricaEl tamaño real de los tipos enteros varía según la implementación. El estándar solo requiere relaciones de tamaño entre los tipos de datos y tamaños mínimos para cada tipo de datos:
Los requisitos de la relación son que long longno sea menor que long , que no es menor que int , que no es menor que short . Como el tamaño de char es siempre el tipo de datos mínimo admitido, ningún otro tipo de datos (excepto los campos de bits ) puede ser menor.
El tamaño mínimo para char es de 8 bits, el tamaño mínimo para short e int es de 16 bits, para long es de 32 bits y debe contener al menos 64 bits.long long
El tipo int debe ser el tipo entero con el que el procesador de destino trabaja de forma más eficiente. Esto permite una gran flexibilidad: por ejemplo, todos los tipos pueden ser de 64 bits. Sin embargo, son populares varios esquemas de ancho de entero diferentes (modelos de datos). Debido a que el modelo de datos define cómo se comunican los diferentes programas, se utiliza un modelo de datos uniforme dentro de una interfaz de aplicación del sistema operativo determinada. [9]
En la práctica, char suele tener un tamaño de 8 bits y short de 16 bits (al igual que sus contrapartes sin signo). Esto es válido para plataformas tan diversas como SunOS 4 Unix de los años 90, Microsoft MS-DOS , Linux moderno y Microchip MCC18 para microcontroladores PIC de 8 bits integrados . POSIX requiere que char tenga exactamente 8 bits de tamaño. [10] [11]
Varias reglas en el estándar C hacen que unsigned charel tipo básico usado para arreglos sea adecuado para almacenar objetos arbitrarios que no sean campos de bits: su falta de bits de relleno y representaciones de trampa, la definición de representación de objeto , [7] y la posibilidad de alias. [12]
El tamaño y el comportamiento reales de los tipos de punto flotante también varían según la implementación. El único requisito es que long doubleno sea menor que double , que no es menor que float . Por lo general, se utilizan los formatos de punto flotante binario IEEE 754 de 32 y 64 bits para float y double respectivamente.
El estándar C99 incluye nuevos tipos de punto flotante reales float_t y double_t , definidos en . Corresponden a los tipos utilizados para los resultados intermedios de expresiones de punto flotante cuando FLT_EVAL_METHOD es 0, 1 o 2. Estos tipos pueden ser más amplios que .<math.h>long double
C99 también agregó tipos complejosfloat _Complex : , double _Complex, long double _Complex. C11 agregó tipos imaginarios (que se describieron en un anexo informativo de C99): float _Imaginary, double _Imaginary, long double _Imaginary. La inclusión del encabezado <complex.h>permite acceder a todos estos tipos utilizando complex e imaginary respectivamente.
C99 agregó un tipo de datos booleano _Bool . Además, el <stdbool.h>encabezado define boolcomo un alias conveniente para este tipo y también proporciona macros para truey false. _Boolfunciona de manera similar a un tipo entero normal, con una excepción: cualquier asignación a a _Boolque no sea 0 (falso) se almacena como 1 (verdadero). Este comportamiento existe para evitar desbordamientos de enteros en conversiones de restricción implícitas. Por ejemplo, en el siguiente código:
carácter sin signo b = 256 ; si ( b ) { /* hacer algo */ } La variable bse evalúa como falsa si unsigned chartiene un tamaño de 8 bits. Esto se debe a que el valor 256 no cabe en el tipo de datos, lo que hace que se utilicen los 8 bits inferiores, lo que da como resultado un valor cero. Sin embargo, al cambiar el tipo, el código anterior se comporta normalmente:
_Bool b = 256 ; si ( b ) { /* hacer algo */ } El tipo _Bool también garantiza que los valores verdaderos siempre sean iguales entre sí:
_Bool a = 1 , b = 2 ; si ( a == b ) { /* este código se ejecutará */ } Desde C23 , el lenguaje permite al programador definir números enteros que tienen un ancho de un número arbitrario de bits. Esos tipos se especifican como , donde N es una expresión constante entera que denota el número de bits, incluido el bit de signo para los tipos con signo, representados en complemento a dos. El valor máximo de N lo proporciona y es al menos . Por lo tanto, el tipo (o ) toma valores de −2 a 1 mientras que toma valores de 0 a 3. El tipo también existe, ya sea 0 o 1 y no tiene un tipo con signo equivalente. [13]_BitInt(N)BITINT_MAXWIDTHULLONG_WIDTH_BitInt(2)signed _BitInt(2)unsigned _BitInt(2)unsigned _BitInt(1)
La especificación del lenguaje C incluye los tipos de definiciones y para representar cantidades relacionadas con la memoria. Su tamaño se define de acuerdo con las capacidades aritméticas del procesador de destino, no de las capacidades de memoria, como el espacio de direcciones disponible. Ambos tipos se definen en el encabezado ( en C++).size_tptrdiff_t<stddef.h>cstddef
size_tes un tipo entero sin signo que se utiliza para representar el tamaño de cualquier objeto (incluidas las matrices) en la implementación particular. El operador sizeof produce un valor del tipo . El tamaño máximo de se proporciona mediante , una constante macro que se define en el encabezado ( header en C++). se garantiza que tenga al menos 16 bits de ancho. Además, POSIX incluye , que es un tipo entero con signo del mismo ancho que .size_tsize_tSIZE_MAX<stdint.h>cstdintsize_tssize_tsize_t
ptrdiff_tes un tipo entero con signo que se utiliza para representar la diferencia entre punteros. Se garantiza que solo es válido para punteros del mismo tipo; la resta de punteros que constan de tipos diferentes está definida por la implementación.
La información sobre las propiedades reales, como el tamaño, de los tipos aritméticos básicos se proporciona a través de constantes macro en dos encabezados: <limits.h>header ( climitsheader en C++) define macros para tipos enteros y <float.h>header ( cfloatheader en C++) define macros para tipos de punto flotante. Los valores reales dependen de la implementación.
CHAR_BIT– tamaño del tipo char en bits, comúnmente denominado tamaño de un byte (al menos 8 bits)SCHAR_MIN, SHRT_MIN, INT_MIN, LONG_MIN, LLONG_MIN(C99) – valor mínimo posible de tipos enteros con signo: signed char, signed short, signed int, signed long, signed long longSCHAR_MAX, SHRT_MAX, INT_MAX, LONG_MAX, LLONG_MAX(C99) – valor máximo posible de tipos enteros con signo: signed char, signed short, signed int, signed long, signed long longUCHAR_MAX, USHRT_MAX, UINT_MAX, ULONG_MAX, ULLONG_MAX(C99) – valor máximo posible de tipos enteros sin signo: unsigned char, unsigned short, unsigned int, unsigned long, unsigned long longCHAR_MIN– valor mínimo posible de charCHAR_MAX– valor máximo posible de charMB_LEN_MAX– número máximo de bytes en un carácter multibyteBOOL_WIDTH(C23) - ancho de bit de _Bool, siempre 1CHAR_WIDTH(C23) - ancho de bit de char; CHAR_WIDTH, UCHAR_WIDTHy SCHAR_WIDTHson iguales a CHAR_BITpor definiciónSCHAR_WIDTH, SHRT_WIDTH, INT_WIDTH, LONG_WIDTH, LLONG_WIDTH(C23) - ancho de bit de signed char, short, int, long, y long longrespectivamenteUCHAR_WIDTH, USHRT_WIDTH, UINT_WIDTH, ULONG_WIDTH, ULLONG_WIDTH(C23) - ancho de bit de unsigned char, unsigned short, unsigned int, unsigned long, y unsigned long longrespectivamenteFLT_MIN, DBL_MIN, LDBL_MIN– valor positivo normalizado mínimo de float, double, long double respectivamenteFLT_TRUE_MIN, DBL_TRUE_MIN, LDBL_TRUE_MIN(C11) – valor positivo mínimo de float, double, long double respectivamenteFLT_MAX, DBL_MAX, LDBL_MAX– valor finito máximo de float, double, long double, respectivamenteFLT_ROUNDS– modo de redondeo para operaciones de punto flotanteFLT_EVAL_METHOD(C99) – método de evaluación de expresiones que involucran diferentes tipos de punto flotanteFLT_RADIX– base del exponente en los tipos de punto flotanteFLT_DIG, DBL_DIG, LDBL_DIG– número de dígitos decimales que se pueden representar sin perder precisión mediante float, double, long double, respectivamenteFLT_EPSILON, DBL_EPSILON, LDBL_EPSILON– diferencia entre 1.0 y el siguiente valor representable de float, double, long double, respectivamenteFLT_MANT_DIG, DBL_MANT_DIG, LDBL_MANT_DIG– número de FLT_RADIXdígitos de base en el significado de punto flotante para los tipos float, double, long double, respectivamenteFLT_MIN_EXP, DBL_MIN_EXP, LDBL_MIN_EXP– mínimo entero negativo tal que FLT_RADIXelevado a una potencia uno menor que ese número es un float normalizado, double, long double, respectivamenteFLT_MIN_10_EXP, DBL_MIN_10_EXP, LDBL_MIN_10_EXP– mínimo entero negativo tal que 10 elevado a esa potencia es un float normalizado, double, long double, respectivamenteFLT_MAX_EXP, DBL_MAX_EXP, LDBL_MAX_EXP– entero positivo máximo tal que FLT_RADIXelevado a una potencia uno menor que ese número es un float normalizado, double, long double, respectivamenteFLT_MAX_10_EXP, DBL_MAX_10_EXP, LDBL_MAX_10_EXP– entero positivo máximo tal que 10 elevado a esa potencia es un float normalizado, double, long double, respectivamenteDECIMAL_DIG(C99) – número mínimo de dígitos decimales tal que cualquier número del tipo de punto flotante admitido más amplio puede representarse en decimal con una precisión de DECIMAL_DIGdígitos y leerse nuevamente en el tipo de punto flotante original sin cambiar su valor. DECIMAL_DIGes al menos 10.El estándar C99 incluye definiciones de varios tipos de enteros nuevos para mejorar la portabilidad de los programas. [2] Los tipos de enteros básicos ya disponibles se consideraron insuficientes, porque sus tamaños reales están definidos por la implementación y pueden variar entre diferentes sistemas. Los nuevos tipos son especialmente útiles en entornos integrados donde el hardware generalmente solo admite varios tipos y ese soporte varía entre diferentes entornos. Todos los tipos nuevos se definen en <inttypes.h>header ( cinttypesheader en C++) y también están disponibles en <stdint.h>header ( cstdintheader en C++). Los tipos se pueden agrupar en las siguientes categorías:
La siguiente tabla resume los tipos y la interfaz para adquirir los detalles de implementación ( n se refiere al número de bits):
El <inttypes.h>encabezado ( cinttypesen C++) proporciona características que mejoran la funcionalidad de los tipos definidos en el <stdint.h>encabezado. Define macros para los especificadores de cadena de formato printf y scanf correspondientes a los tipos definidos en <stdint.h>y varias funciones para trabajar con los tipos intmax_ty uintmax_t. Este encabezado se agregó en C99 .
Las macros tienen el formato . Aquí {fmt} define el formato de salida y puede ser (decimal), (hexadecimal), (octal), (sin signo) y (entero). {type} define el tipo del argumento y puede ser , , , , , donde corresponde al número de bits del argumento.PRI{fmt}{type}dxouinFASTnLEASTnPTRMAXn
Las macros tienen el formato . Aquí {fmt} define el formato de salida y puede ser (decimal), (hexadecimal), (octal), (sin signo) y (entero). {type} define el tipo del argumento y puede ser , , , , , donde corresponde al número de bits del argumento.SCN{fmt}{type}dxouinFASTnLEASTnPTRMAXn
De manera similar a los tipos enteros de ancho fijo, ISO/IEC TS 18661 especifica tipos de punto flotante para el intercambio IEEE 754 y formatos extendidos en binario y decimal:
_FloatNpara formatos de intercambio binario;_DecimalNpara formatos de intercambio decimal;_FloatNxpara formatos binarios extendidos;_DecimalNxpara formatos decimales extendidos.Las estructuras agregan el almacenamiento de múltiples elementos de datos, de tipos de datos potencialmente diferentes, en un bloque de memoria al que hace referencia una única variable. El siguiente ejemplo declara el tipo de datos struct birthdayque contiene el nombre y la fecha de nacimiento de una persona. La definición de la estructura va seguida de una declaración de la variable Johnque asigna el almacenamiento necesario.
struct cumpleaños { char nombre [ 20 ]; int día ; int mes ; int año ; }; estructura cumpleaños juan ; La distribución de la memoria de una estructura es un problema de implementación del lenguaje para cada plataforma, con algunas restricciones. La dirección de memoria del primer miembro debe ser la misma que la dirección de la estructura misma. Las estructuras pueden inicializarse o asignarse mediante literales compuestos. Una función puede devolver directamente una estructura, aunque esto a menudo no es eficiente en tiempo de ejecución. Desde C99 , una estructura también puede terminar con un miembro de matriz flexible .
Una estructura que contiene un puntero a una estructura de su propio tipo se utiliza comúnmente para construir estructuras de datos vinculadas :
struct nodo { int val ; struct nodo * siguiente ; }; Para cada tipo T, excepto los tipos void y function, existen los tipos "array de Nelementos de tipo T" . Un array es una colección de valores, todos del mismo tipo, almacenados de forma contigua en la memoria. Un array de tamaño Nestá indexado por números enteros desde 0hasta inclusive N−1. A continuación se muestra un breve ejemplo:
int cat [ 10 ]; // matriz de 10 elementos, cada uno de tipo int Las matrices se pueden inicializar con un inicializador compuesto, pero no se pueden asignar. Las matrices se pasan a funciones pasando un puntero al primer elemento. Las matrices multidimensionales se definen como "matriz de matrices..." y todas, excepto la dimensión más externa, deben tener un tamaño constante en tiempo de compilación:
int a [ 10 ][ 8 ]; // matriz de 10 elementos, cada uno del tipo 'matriz de 8 elementos int' Cada tipo de datos Ttiene un puntero de tipo correspondiente aT . Un puntero es un tipo de datos que contiene la dirección de una ubicación de almacenamiento de una variable de un tipo particular. Se declaran con el *declarador de tipo asterisco ( ) después del tipo de almacenamiento básico y antes del nombre de la variable. Los espacios en blanco antes o después del asterisco son opcionales.
char * cuadrado ; long * círculo ; int * ovalado ; También se pueden declarar punteros para tipos de datos de puntero, creando así múltiples punteros indirectos, como char ** e int *** , incluidos punteros a tipos de matriz. Estos últimos son menos comunes que una matriz de punteros y su sintaxis puede resultar confusa:
char * pc [ 10 ]; // matriz de 10 elementos de 'puntero a char' char ( * pa )[ 10 ]; // puntero a una matriz de 10 elementos de char El elemento pcrequiere diez bloques de memoria del tamaño del puntero achar (normalmente 40 u 80 bytes en plataformas comunes), pero el elemento paes solo un puntero (tamaño 4 u 8 bytes), y los datos a los que hace referencia son una matriz de diez bytes ( ).sizeof *pa == 10
Un tipo de unión es una construcción especial que permite el acceso al mismo bloque de memoria mediante la elección de distintas descripciones de tipo. Por ejemplo, se puede declarar una unión de tipos de datos para permitir la lectura de los mismos datos como un entero, un flotante o cualquier otro tipo declarado por el usuario:
unión { int i ; float f ; struct { unsigned int u ; double d ; } s ; } u ; El tamaño total de ues el tamaño de u.s– que resulta ser la suma de los tamaños de u.s.uy u.s.d– ya que ses mayor que ambos iy f. Al asignar algo a u.i, algunas partes de u.fpueden conservarse si u.ies menor que u.f.
Leer desde un miembro de la unión no es lo mismo que convertir, ya que el valor del miembro no se convierte, sino que simplemente se lee.
Los punteros de función permiten hacer referencia a funciones con una firma particular. Por ejemplo, para almacenar la dirección de la función estándar absen la variable my_int_f:
int ( * my_int_f )( int ) = & abs ; // el operador & se puede omitir, pero deja en claro que aquí se usa la "dirección de" abs Los punteros de función se invocan por nombre, al igual que las llamadas a funciones normales. Los punteros de función son independientes de los punteros y de los punteros vacíos .
Los tipos antes mencionados se pueden caracterizar aún más mediante calificadores de tipo , lo que produce un tipo calificado . A partir de 2014 [actualizar]y C11 , hay cuatro calificadores de tipo en C estándar: const( C89 ), volatile( C89 ), restrict( C99 ) y _Atomic( C11 ) – este último tiene un nombre privado para evitar conflictos con los nombres de usuario, [14] pero atomicse puede usar el nombre más común si <stdatomic.h>se incluye el encabezado. De estos, constes de lejos el más conocido y el más utilizado, aparece en la biblioteca estándar y se encuentra en cualquier uso significativo del lenguaje C, que debe satisfacer la corrección constante . Los otros calificadores se utilizan para la programación de bajo nivel y, aunque se usan ampliamente allí, rara vez los usan los programadores típicos. [ cita requerida ]
