23.Labview中的数值类型讨论 ---- 位(bit)、字节(byte)、I8、U8、单双精度、复数

hello，大家好，本篇向大家介绍一个最常用但最容易让人忽略和最容易犯错的知识：数值。
“数值” 这个概念在Labview中被涉及的还是很多的，几乎任何一个程序都无可避免的会用到，但我相信大家绝大多数人对数值这个概念应用的并不深入也不透彻，甚至很多同学对什么是bit、什么是byte都不清楚，那么本章就以数值位切入口详细介绍一下数值这个概念。

数值这个概念大家都在熟悉不过了，加减乘除从上学就开始接触，它在Labview中的表现形式还是特别多的，包括了十四种数值：有I8、I16、I32、I64、U8、U16、U32、U64、SGL、DBL、EXT、CSG、CDB、CXT共14种。

为了让大家了解的十分清晰，题主打算从最最最基础的内容讲起，即计算机基础知识中的位(Bit)和字节(Byte).

之前题主讲过一篇有关于数据类型的文章，大家想补充理论的话可以点击链接直接查看：

Labview接线颜色和数据类型及强制类型转换:
https://blog.csdn.net/m0_52176775/article/details/138847314

1. 比特与字节数

为了让大家更清晰的了解这些概念，本节先带大家来深入的了解一下比特(Bit)和字节数(Byte) 的定义。

1.比特(Bit)的概念

比特(Bit)是信息的基本单位，它只有两个可能的值: 0 或 1。在数字电子和计算中，这些值通常用来表示二进制数。我们大家都清楚计算机的最小数据单元是基于二进制的，也就是说，我们通常所说的 “1位”或者“1比特” 就是指的是计算机中二进制数中的一个1或者0。
我们通常所说的Bit、比特、位都是同一个概念，即1比特=1Bit=1位。
下图可以很好的说明位与字节之间的关系，这是个固定关系，即：无论在任何场景中，1字节=8比特！

2.字节(Byte)的概念

字节(Byte)的概念，在我们上文了解了位的概念之后，这个就比较好理解了，字节(Byte) 是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位，也表示一些计算机编程语言中的数据类型和语言字符。一个字节通常由8位(bit)二进制数组成，也有用其他位数构成的字节，如日本计算机汉字编码所用的JIS码就是用16位构成一个字节的，而1个汉字占用2个字节。

但在Labview中，我们只需了解，一个汉字占两个字节即可，这一点我们可以在程序中得到验证，如下图所示，字符串中有个函数名为 “字符串长度” ，这个函数实际返回的就是该字符串所占的字节数。也就是说，我们看到的每个汉字在电脑中实际是由64个1和0组成的。

3.位(Bit)与字节(Byte)的联系

位(Bit)与字节(Byte)之间的联系除上述1字节等于8位之外，最让我们熟知的就是计算机的位数，众所周知，计算机是有32位和64位两种，也就是说一个是4字节，一个是8字节，这个是什么意思呢？也就是说电脑处理数据的长度，32位的一次处理4个字节，而64位的一次可以处理8个字节。

2. 数据类型介绍

在Labview中，我们拿到一个数值的常量或者控件，在后面板右键 — 选择“表示法” ，即可选择该常量或者控件要表达的数据类型
下方是不同数据类型的后面板的控件图，每一个控件都代表了一个不同的数据类型，这种控件类型大家可以右键点击控件，单击“显示为图标”获得，大家可以仔细观察到，不同的数据类型的端口图标会有不同的外观，并且该控件的数值类型在控件的图标中有名称显示。

针对不同的数据类型，我们按照三种数据大类对数值进行介绍，分为**浮点数(float)、复数(int)、整数(complex)**三类来讲解。

2.1 浮点数(folat)

浮点数(float)在数据类型中是使用的最多的一种数值类型，这种数据类型可以表示任何一个数(小数、整数)，其中浮点数在Labview的数据类型中包含了三种，分别是EXT、DBL、SGL三种，其中应用最广泛的为DBL浮点数，那么这三种数据类型如何理解呢？
说白了，就是带小数点的就是哦浮点数，浮点数就是带小数点的数。

当然浮点数的不同分类有不同的应用场景，那么有什么作用呢？
SGL(单精度浮点数): 可表示范围为最小正数1.40e-45，最大正数3.40e+38，最小负数-1.40e-45，最大负数-3.40e+38

DBL(双精度浮点数): 可表示范围为最小正数4.94e-324，最大正数1.79e+308，最小负数-4.94e-324，最大负数-1.79e+308

EXT(扩展精度浮点数): 可表示范围为最小正数6.48e-4966，最大正数1.19e+4932，最小负数-6.48e-4966，最大负数-1.19e+4932

那么除了表达范围不同之外，其字节上有什么区别呢？我们上文讲到字节和位数，那么从最深层次来看SGL是由下面结构组成的：
SGL使用32位（4个字节）来表示浮点数，遵循IEEE 754标准的单精度格式。这32位中，1位用于表示符号，8位用于表示指数，剩下的23位用于表示尾数（或称为有效数字）。

DBL则使用64位（8个字节）来表示浮点数，也是遵循IEEE 754标准，但为双精度格式。在64位中，1位用于表示符号，11位用于表示指数，剩下的52位用于表示尾数。

2.2 整数(int)

整数(int)在数据类型中是使用也特别多，它有两种：一种是有符号的(I)，即可表示正负数；另一种是无符号的(U)，即仅表示0和正整数。

1.有符号整型(I)

有符号整型(I)其中 I 表示Integer（整数的英文），I8表示的是8位有符号整数，I16表示的是16位的有符号整数，I32表示的是32位的有符号整数，位数越多，那么可表示的数据范围越大，大家仅需知道即可，无需背下来。其可表示的范围如下所示：

2.无符号整型(U)

无符号整型(U)同样，对U8，U表示Unsigned Integer（无符号整数的英文），8表示用8位二进制表示一个数，因为是正整数所以不表示正负号符号位，所以其表示的整数范围与I8不一样。如下图所示：

这里需要注意一点：
当使用的数字超过这个控件数据类型所表达的数据范围时，就会将这个数字强制转换位为离他最近的数字。

比如，我们想输入整数500，但是使用了U8类型控件后，我们输入500后，控件内的数值自动变为了255，着个大家自行尝试，题主这里就不在过多赘述。

2.3 复数(complex)

复数(complex)分为3种数据类型，分别为CSG、CDB和CXT。
其中，
CSG表示实部和虚部用SGL表示的复数，SG表示SGL。
CDB表示实部和虚部用DBL表示的复数，DB表示DBL。
CXT表示实部和虚部用EXT表示的复数，XT表示EXT。
以上实部虚部的数据类型我们上面提到了，相信大家都了解了。那么他们有如下特点：
精度: CXT > CDB > CSG。CXT提供了最高的数值精度，而CSG的精度最低。
计算效率: CSG > CDB > CXT。由于精度要求的不同，CSG在计算效率上通常最高，而CXT由于需要处理更高的精度，计算效率相对较低。

那么这么多类型我们该如何选用呢？
请看下文。

3. 数据类型的选用

相信大家通过上述描述，都知道自己不同情况下会使用什么数据类型了，那么选用的情况题主给大家提一些建议：
1.数值范围
整数类型（I8、I16、I32、I64、U8、U16、U32、U64），要确定你的数据是否可能超出某个类型的表示范围。例如，如果你知道你的数据永远不会超过255，那么U8就是合适的选择。
浮点数和复数类型同样需要考虑数值范围，但还需要考虑精度。
2.精度
浮点数和复数类型（SGL、DBL、EXT、CSG、CDB、CXT）中，如果你需要高精度的计算，那么应该选择精度更高的类型，如DBL、EXT、CDB或CXT。
3.内存使用
每种数据类型都占用不同数量的内存。例如，I8占用1字节，而I64占用8字节。在选择数据类型时，需要考虑你的内存限制，以及是否有必要为了节省内存而牺牲精度或范围。
4.性能
使用更小的数据类型可能会提高性能，因为它们可以更快地加载到CPU中，浮点数的性能也可能受到精度的影响，因为高精度计算通常需要更多的CPU周期。

总结：

①如果你知道你的整数数据永远不会超过某个范围（例如0-255），那么选择相应的无符号整数类型（如U8）。
②对于需要高精度的浮点数计算，选择DBL或EXT。如果你需要处理复数，并且需要高精度，那么选择CDB或CXT。
③如果你正在处理大量的数据，并且内存是一个限制因素，那么可能需要选择更小的数据类型来节省内存。但是，这可能会牺牲一些精度或范围。
④在选择数据类型时，始终考虑你的具体需求和限制，以及你的代码的可读性和可维护性。

以上就是对大家使用时的建议，那么对于数值类型的讲解到此结束，如果大家对这方面的知识有疑问或者不理解的，可以随时评论和私聊，我会耐心帮大家解答这些问题。
那么今天的教学就到这里，希望大家好好消化

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