类型相关的定义

原文出自：http://blog.csdn.net/zhoudaxia/article/details/4620990

说明：整个C标准库解剖系列环境为Ubuntu 8.04，编译器为gcc 4.2.4，由于linux系统中只有C标准库的头文件（在/usr/include下），函数库被编译成了程序库，没有源代码，因此对源代码的解剖用的是glibc 2.9，可从GNU的官方站点上下载。

    类型相关定义包括limits.h、float.h、stddef.h、stdbool.h、stdarg.h、iso646.h、stdint.h共7个头文件。除了stdint.h外，其余6个文件在gcc编译器的/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.2.4/include目录下。stdint.h在/usr/include中，是C99中引入的，提供了扩展整数的基本定义，放到后面再解剖吧。
    1、limits.h：定义了整数类型的范围。/usr/include下也有limits.h，它会自己先定义各个整数类型范围，这样当不用gcc来构建你的程序时就可以使用这些值。如果使用gcc编译器来构建你的程序，则会使用gcc编译器自己的limits.h（前面的定义都会#undef掉）。由于这个limits.h会用到gcc内置的limits.h，因此我们解剖/usr/include下的limits.h。

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1. /* ISO C99 Standard: 7.10/5.2.4.2.1  整数类型的大小  <limits.h> */  
2. #ifndef _LIBC_LIMITS_H_  
3. #define _LIBC_LIMITS_H_ 1  
4. #include <features.h> /* 选项的宏，如ISOC99选项、POSIX选项、XOPEN选项等 */  
5. #define MB_LEN_MAX  16  /* 支持区域设置的多字节字符宽度为16位 */  
6. /* 不使用GNU CC时就必须定义下面所有符号，否则使用gcc编译器中的定义（看下面） */  
7. #if !defined __GNUC__ || __GNUC__ < 2   
8. # ifndef _LIMITS_H  
9. #  define _LIMITS_H 1  
10. #include <bits/wordsize.h> /* 定义了表示字的位数的__WORDSIZE宏，64位平台上值为64，32位平台上值为32 */  
11. #  define CHAR_BIT  8 /* char类型的宽度为8位 */  
12. #  define SCHAR_MIN (-128)  /* signed char的最小值为-2^7，补码表示为10000000，没有对应的正数，其反数还是自己 */  
13. #  define SCHAR_MAX 127     /* signed char的最大值为2^7-1=01111111 */  
14. #  define UCHAR_MAX 255  /* unsigend char的最大值为2^8-1=11111111（最小值为0） */  
15. #  ifdef __CHAR_UNSIGNED__  /* 根据预定义宏来确定是让char=unsigned char还是char=signed char */  
16. #   define CHAR_MIN 0  
17. #   define CHAR_MAX UCHAR_MAX  
18. #  else  
19. #   define CHAR_MIN SCHAR_MIN   /* gcc中使用了这个，即char=signed char */  
20. #   define CHAR_MAX SCHAR_MAX  
21. #  endif  
22. #  define SHRT_MIN  (-32768) /* signed short int的最小值为-2^15 */  
23. #  define SHRT_MAX  32767    /* signed short int的最小值为2^15-1 */  
24. #  define USHRT_MAX 65535  /* unsigned short int的最大值为2^16-1（最小值为0） */  
25. #  define INT_MIN   (-INT_MAX - 1) /* int的最小值为-2^31 */  
26. #  define INT_MAX   2147483647  /* int的最大值为2^31-1 */  
27. #  define UINT_MAX  4294967295U  /* unsigned int的最大值为2^32-1（最小值为0） */  
28. #  if __WORDSIZE == 64  /* 64位的x86平台，这个宏在<bits/wordsize.h>中 */  
29. #   define LONG_MAX 9223372036854775807L  /* signed long int最大值为2^63-1 */  
30. #  else             /* 32位的x86平台 */  
31. #   define LONG_MAX 2147483647L  /* signed long int最大值为2^31-1 */  
32. #  endif  
33. #  define LONG_MIN  (-LONG_MAX - 1L)  /* signed long int最小值为-2^31 */  
34. #  if __WORDSIZE == 64    
35. #   define ULONG_MAX    18446744073709551615UL /* 64平台：unsigend long int最大值为2^64-1 */  
36. #  else  
37. #   define ULONG_MAX    4294967295UL /* 32位平台：unsigned long int最大值为2^32-1 */  
38. #  endif  
39. #  ifdef __USE_ISOC99  /* <feature.h>中宏：long long类型为C99标准引入的 */  
40. #   define LLONG_MAX    9223372036854775807LL  /* signed long long int最大值为2^63-1 */  
41. #   define LLONG_MIN    (-LLONG_MAX - 1LL)  /* signed long long int最小值为-2^63 */  
42. #   define ULLONG_MAX   18446744073709551615ULL /* unsigned long long int最大值为2^64-1 */  
43. #  endif /* ISO C99 */  
44. # endif /* limits.h  */  
45. #endif  /* GCC 2.  */  
46. #endif  /* !_LIBC_LIMITS_H_ */  
47. /* 获取编译器的limits.h，其中定义几乎所有的ISO常量 */  
48. #if defined __GNUC__ && !defined _GCC_LIMITS_H_  /* _GCC_LIMITS_H_是GCC的文件定义  */  
49. # include_next <limits.h>  
50. #endif  
51. /* 一些gcc版本的<limits.h>没有定义LLONG_MIN、LLONG_MAX和ULLONG_MAX，则这里需要进行定义 */  
52. #if defined __USE_ISOC99 && defined __GNUC__  
53. # ifndef LLONG_MIN  
54. #  define LLONG_MIN (-LLONG_MAX-1)  
55. # endif  
56. # ifndef LLONG_MAX  
57. #  define LLONG_MAX __LONG_LONG_MAX__  
58. # endif  
59. # ifndef ULLONG_MAX  
60. #  define ULLONG_MAX    (LLONG_MAX * 2ULL + 1)  
61. # endif  
62. #endif  
63. #ifdef  __USE_POSIX  
64. /* POSIX添加东西到<limits.h>中 */  
65. # include <bits/posix1_lim.h>  
66. #endif  
67. #ifdef  __USE_POSIX2  
68. # include <bits/posix2_lim.h>  
69. #endif  
70. #ifdef  __USE_XOPEN  
71. # include <bits/xopen_lim.h>  
72. #endif  

    解释：
    （1）/usr/include/limits.h的实现中，char=unsigned char占8位，short占16位，int占32位，long在64位平台上占64位，在32位平台上占32位，C99标准引入的long long占64位。它们都有singed和unsigned两种，默认都是带符号整数(signed)。带符号整数在当前大多数体系结构上一般都用二进制补码表示（当然C标准也支持用其他一些编码表示），即正数用直接编码，符号位为0；负数表示为对应正数各位取反然后加1，符号位为1。带符号整数范围为-2**(n-1)~2**(n-1)-1，其中最小负数-2**(n-1)=100...0没有对应正数，其反数还是自己。无符号整数用直接二进制编码，范围为0~2**n-1。如果使用gcc的limits.h，则每个宏的值依赖于gcc编译器内置的定义，一般跟这里的值一致。
    （2）UCHAR_MAX必须等于2**CHAR_BIT-1，且对带符号整数一般有MIN=-MAX-1。
    （3）feature.h文件中定义了一些表示编译选项的宏，如ISOC99选项、POSIX选项、XOPEN选项等。bits/wordsize.h定义了表示字的位数的__WORDSIZE宏，64位平台上值为64，32位平台上值为32。它们都在/usr/include下。
    （4）如果要新遵循C99标准，则有些gcc版本的<limits.h>可能没有定义LLONG_MIN、LLONG_MAX和ULLONG_MAX，则这里需要进行定义。如果使用POSIX标准，则还要添加一些POSIX中的东西。
    2、float.h：定义了浮点数类型的特征。

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1. /* ISO C Standard: 5.2.4.2.2  浮点数类型的特征  <float.h> */  
2. #ifndef _FLOAT_H___  
3. #define _FLOAT_H___  
4. /* 实数浮点数表示： 
5.    x=s*(b**e)*[f1*b**(-1)+f2*b**(-2)+...+fp*b**(-p)], emin<=e<=emax,(**表示求幂) 
6.    s  是符号(+1或-1) 
7.    b  是进制基数（通常为2、8、16） 
8.    e  是指数值，取值范围在emin与emax之间 
9.    p  是b进制的有效位数 
10.    fk  是有效数字，0<=fk<b 
11.  */  
12.    
13. /* b：指数表示法的基数 */  
14. #undef FLT_RADIX  
15. #define FLT_RADIX   __FLT_RADIX__  /* 进制基数b，一般为2，适用于所有三种浮点类型 */  
16. /* p：是b进制的有效位数  */  
17. #undef FLT_MANT_DIG  
18. #undef DBL_MANT_DIG  
19. #undef LDBL_MANT_DIG  
20. #define FLT_MANT_DIG    __FLT_MANT_DIG__   /* float的b进制有效位数p */  
21. #define DBL_MANT_DIG    __DBL_MANT_DIG__   /* double的b进制有效位数p */  
22. #define LDBL_MANT_DIG   __LDBL_MANT_DIG__  /* long double的b进制有效位数p */  
23. /* q：精度小数位数。使任何有q个小数位的浮点数能被舍入成有p个b进制位数的浮点数，并且不需要改变这q个小数位 
24.     就可以重新转换回来。q的值为： 
25.     p * log10(b)            如果b是10的幂 
26.     floor((p - 1) * log10(b))   否则 
27. */  
28. #undef FLT_DIG  
29. #undef DBL_DIG  
30. #undef LDBL_DIG  
31. #define FLT_DIG     __FLT_DIG__  /* float的精度小数位数，通常为6 */  
32. #define DBL_DIG     __DBL_DIG__  /* double的精度小数位数，通常为10 */  
33. #define LDBL_DIG    __LDBL_DIG__  /* long double的精度小数位数，通常为10 */  
34. /* emin：最小负整数x，使b**(x-1)在规格化浮点数类型取值范围内 */  
35. #undef FLT_MIN_EXP  
36. #undef DBL_MIN_EXP  
37. #undef LDBL_MIN_EXP  
38. #define FLT_MIN_EXP __FLT_MIN_EXP__  /* float的emin */  
39. #define DBL_MIN_EXP __DBL_MIN_EXP__   /* double的emin */  
40. #define LDBL_MIN_EXP    __LDBL_MIN_EXP__   /* long double的emin */  
41. /* ceil(log10(b)*(emin-1))：最小负整数x，使10**(x-1)在 
42.     规格化浮点数类型取值范围内，通常值为-37 
43. */  
44. #undef FLT_MIN_10_EXP  
45. #undef DBL_MIN_10_EXP  
46. #undef LDBL_MIN_10_EXP  
47. #define FLT_MIN_10_EXP  __FLT_MIN_10_EXP__  
48. #define DBL_MIN_10_EXP  __DBL_MIN_10_EXP__  
49. #define LDBL_MIN_10_EXP __LDBL_MIN_10_EXP__  
50. /* emax：最大整数x，使b**(x-1)在可表示的有限浮点数取值范围内 */  
51. #undef FLT_MAX_EXP  
52. #undef DBL_MAX_EXP  
53. #undef LDBL_MAX_EXP  
54. #define FLT_MAX_EXP __FLT_MAX_EXP__  /* float的emax */  
55. #define DBL_MAX_EXP __DBL_MAX_EXP__  /* double的emax */  
56. #define LDBL_MAX_EXP    __LDBL_MAX_EXP__  /* long double的emax */  
57. /* floor(log10((1 - b**-p) * b**emax))：最大整数x，使10**x在可 
58.     表示的有限浮点数取值范围内，通常值为37 
59. */  
60. #undef FLT_MAX_10_EXP  
61. #undef DBL_MAX_10_EXP  
62. #undef LDBL_MAX_10_EXP  
63. #define FLT_MAX_10_EXP  __FLT_MAX_10_EXP__  
64. #define DBL_MAX_10_EXP  __DBL_MAX_10_EXP__  
65. #define LDBL_MAX_10_EXP __LDBL_MAX_10_EXP__  
66. /* (1-b**-p)*b**emax：可表示的最大有限浮点数， 通常值为10**37 */  
67. #undef FLT_MAX  
68. #undef DBL_MAX  
69. #undef LDBL_MAX  
70. #define FLT_MAX     __FLT_MAX__  
71. #define DBL_MAX     __DBL_MAX__  
72. #define LDBL_MAX    __LDBL_MAX__  
73. /* b**(1-p)：最小的x(x>0.0)，使1.0+x>1.0，宏定义为允许的最大值，如对 
74.    float为10**-5，对double和long double为10**-9  */  
75. #undef FLT_EPSILON  
76. #undef DBL_EPSILON  
77. #undef LDBL_EPSILON  
78. #define FLT_EPSILON __FLT_EPSILON__  
79. #define DBL_EPSILON __DBL_EPSILON__  
80. #define LDBL_EPSILON    __LDBL_EPSILON__  
81. /* b**(emin - 1)：最小规格化正数，通常值为10**-37  */  
82. #undef FLT_MIN  
83. #undef DBL_MIN  
84. #undef LDBL_MIN  
85. #define FLT_MIN     __FLT_MIN__  
86. #define DBL_MIN     __DBL_MIN__  
87. #define LDBL_MIN    __LDBL_MIN__  
88. /* 舍入方式：0：向0舍入；1：最近舍入；2：向正无穷大舍入；3：向负无穷d大舍入；-1：不确定， 
89.     适用于所有3种浮点类型 */  
90. #undef FLT_ROUNDS  
91. #define FLT_ROUNDS 1 /* 使用最近舍入方式 */  
92. #if defined (__STDC_VERSION__) && __STDC_VERSION__ >= 199901L  
93. /* 浮点表达式求值方法（C99中引入）： 
94.    -1  不确定 
95.     0  求值时仍保持原类型的精度与取值范围 
96.     1  求值时float类型与double类型统一用double类型；long double类型保持不变 
97.     2  求值时全部用long double类型 
98. */  
99. #undef FLT_EVAL_METHOD  
100. #define FLT_EVAL_METHOD __FLT_EVAL_METHOD__  
101. /* n(C99中引入)：小数位数，使任何有pmax个b进制数位的最宽浮点数类型能被舍入 
102.     成有n个小数位的浮点数，并且无需改变这个值就可以重新转换回来。n的值为： 
103.     pmax * log10(b)         如果b是10的幂 
104.     ceil(1 + pmax * log10(b))   否则 
105. */  
106. #undef DECIMAL_DIG  
107. #define DECIMAL_DIG __DECIMAL_DIG__  /* 通常的值为10 */  
108. #endif /* C99 */  
109. #endif /* _FLOAT_H___ */  

    解释：
    （1）浮点数的形式为x=s*(b**e)*[f1*b**(-1)+f2*b**(-2)+...+fp*b**(-p)], emin<=e<=emax(**表示求幂)。s是符号位，b是进制基数，e是指数值，p是b进制的有效位数，0<=fk<b。
    （2）IEEE的浮点数表示法：单精度float型有1位符号位S，8位指数E，23位尾数M。转换成数值V=(-1)**S*1.M*2**(E-127)。例如16.5=00010000.1=1.00001*2**4（成为规格化数），则符号位为0，指数位为4+127=131=10000011（因为指数可以为负，8位有符号数的范围为-128~127，为了统一用无符号数表示，要加上127），尾数为00001000000000000000000，拼接起来即得到16.5的内存表示01000001100001000000000000000000。
    （3）常用的宏有FLT_DIG/DBL_DIG/LDBL_DIG、FLT_MIN/DBL_MIN/LDBL_MIN、FLT_MAX/DBL_MAX/LDBL_MAX。
    3、stddef.h：定义了ptrdiff_t、size_t、wchar_t、wint_t类型和offsetof。有一大堆兼容不同平台的条件编译宏，这对我们没什么用，略去。

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1. /* ISO C Standard: 7.17  一些通用定义  <stddef.h> */  
2. typedef __PTRDIFF_TYPE__ ptrdiff_t;  /* 定义带符号整数类型ptrdiff_t，这里__PTRDIFF_TYPE__ 
3.                                                   依赖于平台，通常为long类型 */  
4. #if !(defined (__GNUG__) && defined (size_t))  
5. typedef __SIZE_TYPE__ size_t; /* 定义无符号整型size_t，__SIZE_TYPE__ 
6.                                          依赖于平台，通常为unsigned int或unsigned long类型 */  
7. #ifdef __BEOS__  
8. typedef long ssize_t;  /* 只用于BeOS系统中 */  
9. #endif   
10. #endif  
11. typedef _BSD_RUNE_T_ rune_t; /* 只用于老的BSD系统 */  
12. #ifndef _RUNE_T_DECLARED  
13. typedef __rune_t rune_t;  /* 只用于FreeBSD系统中 */  
14. #define _RUNE_T_DECLARED  
15. #endif  
16. #ifndef __WCHAR_TYPE__  
17. #define __WCHAR_TYPE__ int  
18. #endif  
19. #ifndef __cplusplus  /* C中才要定义wchar_t，C++中wchar_t为内置类型 */  
20. typedef __WCHAR_TYPE__ wchar_t; /* 宽字符类型wchar_t也在stddef.h中定义，这里为int类型 */  
21. #endif  
22. #ifndef __WINT_TYPE__  
23. #define __WINT_TYPE__ unsigned int  
24. #endif  
25. typedef __WINT_TYPE__ wint_t;   /* 用于无符号的宽字符类型中 */  
26. #ifndef __cplusplus  
27. #define NULL ((void *)0)  /* C中定义NULL指针常量为(void*)0 */  
28. #else    
29. #define NULL 0   /* C++中定义NULL指针常量为0 */  
30. #endif  
31. #ifdef _STDDEF_H  
32. /* 结构成员的地址偏移字节数，TYPE结构类型，MEMBER为其某个成员 */  
33. #define offsetof(TYPE, MEMBER) __builtin_offsetof (TYPE, MEMBER)  
34. #endif  

    ptrdiff_t是两个指针相减所得的带符号整型，一般用long类型表示。size_t是sizeof运算得到的无符号整型，一般用unsigned int或unsigned long表示。宽字符类型wchar_t也在stddef.h中定义，这里为int类型。wint_t用于无符号的宽字符类型中，这里为unsigned int类型。offsetof宏用于计算结构成员的地址偏移字节数。      
    4、stdbool.h：是C99中增加的，定义了布尔类型bool，及其两个常量false=0、true=1。__bool_true_false_are_defined=1是标识布尔类型定义是否完成的信号。这些定义与C++中的一致，因此标准C++并不需要另外再支持stdbool.h，但GCC提供了这个扩展，使得在C++中可以支持<stdbool.h>。

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1. /* ISO C Standard:  7.16  布尔类型及其值  <stdbool.h> 
2.  */  
3. #ifndef _STDBOOL_H  
4. #define _STDBOOL_H  
5. #ifndef __cplusplus    
6. #define bool    _Bool  /* C中 */  
7. #define true    1  
8. #define false   0  
9. #else /* C++中 */  
10. /* 在C++中支持<stdbool.h>是GCC的一个扩展 */  
11. #define _Bool   bool  
12. #define bool    bool  
13. #define false   false  
14. #define true    true  
15. #endif /* __cplusplus */  
16. /* 标识布尔类型定义是否完成的信号  */  
17. #define __bool_true_false_are_defined   1  
18. #endif  /* stdbool.h */  

    5、stdarg.h：访问可变参数表的类型和函数（用宏实现）。当你需要编写有可变参数表的函数时，比如myfunc(int *a,...)，你就可以用stdarg.h中的各个函数来遍历“...”中的各个实参，以完成该函数的功能。略去没有用的一大堆用于兼容不同平台的条件编译宏，如下：
   

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1. /* ISO C Standard:  7.15  可变参数表  <stdarg.h> */  
2. #ifndef __GNUC_VA_LIST  
3. #define __GNUC_VA_LIST  
4. typedef __builtin_va_list __gnuc_va_list; /* 定义__gnuc_va_list.  */  
5. #endif  
6. #ifdef _STDARG_H  
7. /* var_start(v,l)：初始化用于遍历参数表的状态变量v */  
8. #define va_start(v,l)   __builtin_va_start(v,l)  
9. /* 结束参数表的遍历，对v和参数表做必要的整理操作 */  
10. #define va_end(v)   __builtin_va_end(v)  
11. /* 返回v当前指向的参数值 */  
12. #define va_arg(v,l) __builtin_va_arg(v,l)  
13. #if !defined(__STRICT_ANSI__) || __STDC_VERSION__ + 0 >= 199900L  
14. /* 本函数C99中引入：将s复制到d中，生成指向当前参数的第二个指针 */  
15. #define va_copy(d,s)    __builtin_va_copy(d,s)  
16. #endif  
17. #define __va_copy(d,s)  __builtin_va_copy(d,s)  
18. typedef __gnuc_va_list va_list; /* 定义va_list类型，用这种类型来定义遍历可变 
19.                                             参数表的状态变量 */  
20.                                               
21. #endif /* _STDARG_H */                                              

    解释：
    （1）va_list类型：用这种类型来定义遍历可变参数列表的状态变量ap。
    （2）va_start(ap,lt)：让ap的内部指针指向第一个可变参数。需要用lt来指定可变参数表前面的最后一个固定参数。遍历开始必须先调用这个函数。
    （3）var_arg(ap,type)：获取当前ap内部指针指向的参数值，然后把指针移动下一个参数，下一个参数的类型要用type指定。
    （4）va_end(ap)：完成对可变参数表的遍历，会对ap和参数表作必要的整理工作。遍历结束时必须要调用这个函数。
    （5）va_copy(dest,src)：c99中引入，将src复制到dest中，dest和src均为va_list型状态变量。这样就生成指向当前参数的第二个状态变量，然后可以独立的使用src和dest来遍历可变参数表。dest中也要像src中一样调用va_end。
    6、iso646.h：为逻辑运算符定义一些方便使用的宏，是C89增补1中增加的。

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1. /* ISO C Standard:  7.9  一些运算符宏  <iso646.h> */  
2. #ifndef _ISO646_H  
3. #define _ISO646_H  
4. #ifndef __cplusplus  
5. #define and &&  
6. #define and_eq  &=  
7. #define bitand  &  
8. #define bitor   |  
9. #define compl   ~  
10. #define not !  
11. #define not_eq  !=  
12. #define or  ||  
13. #define or_eq   |=  
14. #define xor ^  
15. #define xor_eq  ^=  
16. #endif  
17. #endif  

    之所以要为&&、|、!、^等这些运算符定义一个宏，是因为在ISO 646的字符集中要使用这些特殊的符号可能不方便，而用等价的宏名and、bitor、not、xor就比较方便了，在C++中这些宏名是关键字。C89增补1还提供了一些能在ISO 646中方便使用的字符来拼写{、}之类的符号。如<%、%>、<:、:>、%:、%:%分别等价于字符{、}、[、]、#、##。