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【C语言学习】之数据的存储

C/C++/C# 更新时间: 发布时间: IT归档 最新发布 模块sitemap 名妆网 法律咨询 聚返吧 英语巴士网 伯小乐 网商动力

【C语言学习】之数据的存储

C语言学习之数据的存储

前言

数据类型介绍类型的基本归类

整型家族浮点型家族构造类型指针类型空类型 整型在内存中的存储

原码、反码、补码 大小端介绍

什么是大端小端为什么会有大端小端例题 一些代码的输出

1.2.char类型变量的取值范围3.4.5.6.7. 浮点型在内存中的存储

浮点型存储的例子:详细解读1.标准规定2.再回首 结尾

前言

分享这么一句话,‘所有的曾经都是背景,衬托你到来时破晓的黎明’,OK,让我们开始今天的学习吧。

数据类型介绍
char            //字符数据类型
short           //短整型
int             //整型
long            //长整型
long long       //更长的整型
float           //单精度浮点数
double          //双精度浮点数

C语言类型分为两类:
1.内置类型
char、int、float…
2.自定义类型(构造类型)

类型的意义:
1.使用这个类型开辟内存空间的大小(大小决定了使用范围)
2.如何看待内存空间的视角

类型的基本归类 整型家族
char //以ascll码值存储,ascll码值是整数
    unsigned char //无符号
    signed char //有符号
short 
    unsigned [int]
    signed [int]
int 
    unsigned int
    signed int
long 
    unsigned [int]
    signed [int]
浮点型家族
float
double
long double
构造类型
数组类型            int arr[]
结构体类型           struct
枚举类型             enum
联合类型             union
指针类型
int* pi; 
char* pc; 
float* pf; 
double* pd; 
void* pv;
空类型

void表示空类型(无类型)
通常应用于函数的返回类型,函数的参数,指针类型。

#include 
#include 

void test()//什么都不写的时候,传不传参都可以
{
    printf("123n");
}

int main()
{
    test();
    return 0;
}

整型在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的,空间的大小是根据不同的类型而决定的,下面让我们看一下数据在所开辟的内存中到底是如何存储的。

原码、反码、补码

数据在内存中是以二进制的形式进行存储的

计算机中的有符号数有三种表示方法:原码、反码、补码

三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位用0表示正数,用1表示负数,而数值位三种表示方法各不相同。

原码:
直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就行

反码:
将原码的符号位不变,其他位依次按位取反就可以得到

补码:
反码+1就得到补码

例1:
原码:10001010
反码:11110101
补码:11110110

例2:
原码:00000101
反码:00000101
补码:00000101

对于有符号数,正数的原、反、补码都相同

对于整形来说,数据存放内存中其实存放的是补码:
原因:使用补码,可以将符号位和数值域统一处理,同时,加法和减法也可以统一处理,此外补码与原码相互转换,其运算过程是相同的,不需要额外的硬件电路。

大小端介绍

为什么这里的变量是倒着存的呢?

int main()
{
    int a = 20;
    //二进制:000000000000000000010100
    //十六进制:0x00 00 00 14
    // 20 在内存中的存储: 14 00 00 00
    return 0;

}
什么是大端小端
大端(存储)模式,
是指将数据的高字节内容放到内存的低地址处。
而数据的低字节内容放到内存的高地址处

小端(存储)模式,
是指将数据的高字节内容放到内存的高地址处。
而数据的低字节内容放到内存的低地址处

例:假设有一个数:0x11223344

为什么会有大端小端

为什么会有大端小段之分呢?

这是因为在计算机系统中,我们是以字节为单位的,每个地址单元都对应着1个字节,1个字节为8bit。

但是在C语言中除了8bit的char之外,还有16bit的short型,32bit的long型、int型(要看具体编译器)。

另外,对于位数大于8位的处理器,例如16位或者32位的处理器,由于寄存器宽度大于一个字节,那么必然存在着多个字节安排的问题。

因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

例题

请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

代码:

#include 
#include 

int main()
{
    //写一段代码告诉我们当前机器的字节是什么
    int a = 1;
	char* p = (char*) &a;
	if(*p == 1)
    {
        printf("小端n");
    }
	else
    {
		printf("大端n");
    }

	return 0;
}

修改后:

#include 
#include 

int check_sys()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*) &a;
	return *p;
	//返回1表示小端,返回0表示大端
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if(ret == 1)
		printf("小端n");
	else
		printf("大端n");
	return 0;
}
一些代码的输出 1.
#include 
#include 

int main()
{
	char a = -1;
	//原:10000000 00000000 00000001
	//反:11111111 11111111 11111110
	//补:11111111 11111111 11111111
	//只能存8个bit位:11111111
	//整型提升:11111111 11111111 11111111(补码)
	signed char b = -1;
	//11111111
	unsigned char c = -1;
	//11111111
	//无符号char,整型提升,高位补0
	//00000000 00000000 11111111
	printf("a=%d, b=%d, c=%d",a, b, c);
	return 0;
}
2.
#include 
#include 

int main()
{
	char a = -128;
	//10000000 00000000 10000000
	//11111111 11111111 01111111
	//11111111 11111111 10000000   补码
	//11111111 11111111 10000000   整型提升之后(还是补码)
	//%u打印无符号数,将整型提升之后的数直接打印出来
    printf("%un", a);
    //%d,打印十进制的有符号数字
    //%u,打印十进制的无符号数字
	return 0;
}

char类型变量的取值范围

char类型范围的定义:
signed char
unsigned char
一个字节(8个bit位)

00000000
00000001
00000010
......
01111111
10000000
10000001
......
11111111

总共有2的8次方(256)种这样的二进制序列
假设是有符号数(第一位是符号位):
范围:-128~127
正数:
00000000
00000001
00000010
......
01111111(127)
负数:
10000000(直接被翻译成-128)
10000001(-127)
......
11111111(-1)
假设是无符号数(第一位是有效位):
范围:0~255
00000000(0)
00000001(1)
00000010
......
01111111(127)
10000000
10000001
......
11111111(255)

3.
#include 
#include 

int main()
{
	char a = 128;
	printf("%un", a);
	return 0;
}

4.
#include 
#include 

int main() 
{
	int i = -20;
	unsigned int j = 10;
	printf("%dn", i + j);
	//按照补码的形式进行运算,最后格式化为有符号整数
	return 0;
}

5.
#include 
#include 

int main()
{
	unsigned int i;
	for(i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%un", i);
	}
	return 0;
}

i是个无符号类型的,也就是i只能>=0,所以就造成了死循环。

6.
#include 
#include 

int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for(i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d", strlen(a));
	return 0;
}
//一个char的范围是127~-128
//圈逆着走,-1 --> -128 -> 127 -> 3 -> 2 -> 1 -> 0
7.
#include 
#include 

unsigned char i = 0;
int main()
{
	for(i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hellon");
	}
	return 0;
}

结果发生了死循环,这是因为对于无符号的char类型的取值范围是0 ~ 255。而当i == 255时,再往后加,又会变成0。所以这个循环的条件就恒成立。

浮点型在内存中的存储

常见的浮点数:
3.14159、1E10
浮点数家族包括:float、double、long double 类型。
浮点数的范围:float.h中定义

浮点型存储的例子:
#include 
#include 

int main()
{
	int n = 9;
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为:%dn", n);
	printf("*pFloat的值为:%fn", *pFloat);

	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值为:%dn", n);
	printf("pFloat的值为:%fn", *pFloat);
	return 0;
}

通过这个例子,我们发现:

以整型的视角放,以整型的视角拿或以浮点型的视角放,以浮点型的视角拿没有问题

以整型的视角放,以浮点型的视角拿或以浮点型的视角放,以整型的视角拿出现了问题

这说明整型和浮点型在内存中的存储方式是有区别的

详细解读 1.标准规定

根据国际标准IEEE(电气和电子工程协会)754,任意一个二进制数V可以表示成以下形式:

(-1)^S * M * 2^E

(-1)^S表示符号位,当S = 0,V为正数;当S = 1,V为负数

M表示有效数字,大于等于1,小于2

2^E表示指数位

IEEE 754规定:对于32位浮点数float,最高的1位是符号位S,接着的8位是指数E,剩下的23位为有效数字M

对于64位的浮点数double,最高的1位是符号位S,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M

IEEE 754对于有效数字M和指数E,还有一些特别规定:

如何放进去?

对于M:
前面说过,1<=M<2,也就是说,M可以写成 1.xxxxxx的形式,其中xxxxxx表示小数部分。
IEEE 754规定,在计算机内部保存M时,默认这个数的第1位总是1,因此可以舍去不用存,只保存后面的xxxxxx部分(比如保存1.01时,只保存01),等到读取的时候,再把第1位的1加上去。这样做的目的是可以节省1位的有效数字。以32位浮点数为例,留给M的只有23位,将第1位的1舍去后,等于可以保存24位有效数字

对于E:
情况比较复杂,首先,E是一个无符号整数(unsigned int)这意味着,如果E为8位,它的取值范围就为0 ~ 255;如果E为11位,它的取值范围就是0 ~ 2047。但是我们知道,科学计数法的E是可以出现负数的(比如说:十进制的0.5要转换为二进制是0.1,再写成科学计数法就是1.0 * 2^-1。这里S = 0;M = 1.0;E = -1 ),所以IEEE 754规定,存入内存时E的真实值必须加上一个中间数,对于8位的E,这个中间数是127;对于11位的E,这个中间数是1023。比如:2^10的E是10,所以保存成32位浮点数时,必须保存成10+127=137,即10001001

如何取出来?

对于E从内存中取出还可以分为三种情况:
1、E不全为0或不全为1
这时,浮点数就采用下面的规则表示,即指数E的计算值减去127或1023,得到真实值,再将有效数字M前加上第一位的1。比如:0.5的二进制形式是0.1,由于规定正数部分必须为1,即将小数点右移一位,则为1.0 *2^(-1),其阶码为-1 + 127 = 126,表示01111110,而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位00000000000000000000000,则其二进制表示形式为
0 01111110 00000000000000000000000

2、E为全0
这时,浮点数的指数E等于1 - 127或1 - 1023,即为真实值,有效数字M不再加上第一位的1,而是还原为0.xxxxxxx的小数。这样做是为了表示 ±0,以及接近于0的很小的数字

3、E全为1
这时,如果有效数字M全为0,表示 ±无穷大(正负取决于符号位S)

2.再回首
#include 
#include 

int main()
{
	int n = 9;
	//0(S) 00000000(E) 00000000000000000001001  补码

	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为:%dn", n);//9
	printf("*pFloat的值为:%fn", *pFloat);//0.000000 无限接近于0
    //(-1)^0*0.00000000000000000001001*2^(-126)

	*pFloat = 9.0;
	//1001.0
	//1.001*2^3
	//(-1)^0*1.001*2^3
	//0 10000010 00100000000000000000000  9.0的内存形式

	printf("num的值为:%dn", n);
	printf("pFloat的值为:%fn", *pFloat);//9.0
	return 0;
}


结尾

本文的内容到这就结束了,有一些知识没有详细说明,比如原、反、补码,不是说这个不重要,只是这里不赘述了,大家可以自己去查阅资料,最后,希望你我皆能不负韶华。

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