【C进阶】数据的存储

⭐️1. 数据类型

在了解数据的是如何存储之前，我们需要先知道C语言有哪些数据类型

😄希望你能看到最后，相信你一定会有收获😄

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

内置类型分为两大类
整形
char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed long [int]
浮点型
float
double
long double

构造类型
数组类型
结构体类型struct
枚举类型enum
联合类型union

指针类型
内置类型指针
构造类型指针

空类型
void，空类型不能用来定义变量，通常用来表示函数参数个返回值类型

类型的意义
1.决定了编译器给该类型变量分配的存储空间有多大
2.决定了看待该类型变量中数据的视角

⭐️2. 整形在内存中的存储

2.1 存储规则

整形在内存中的存储均是以补码的形式存在，关于补码的相关概念点我

整形-1在内存中存放的二进制就应该是11111111111111111111111111111111

内存中的数据以16进制显示，转换成2进制的确是32个1

2.2 存储模式

对于字节数大于1的类型，必然存在着数据在该类型中存放顺序的问题，
数据的存放顺序称为存储模式
数据的存储模式有大端字节序存储和小端字节序存储两种模式
存储模式和硬件有关，与编译器无关

• 大端序（Big-Endian）将数据的低位字节存放在内存的高位地址，高位字节存放在低位地址。这种排列方式与数据用字节表示时的书写顺序一致，符合人类的阅读习惯。
• 小端序（Little-Endian），将一个多位数的低位放在较小的地址处，高位放在较大的地址处，则称小端序。小端序与人类的阅读习惯相反，但更符合计算机读取内存的方式，因为CPU读取内存中的数据时，是从低地址向高地址方向进行读取的。
  

在我的电脑上是小端存储

2.3 验证大小端模式

想要知道是大端字节序还是小端字节序，我们只需要取一个大于1字节数据类型的数据的低地址位置的数据，观察这个数据是该数字的高位还是低位

int Check_System()
{int a = 1;				//0x00000001char* p = (char*)&a;	//只需要取出一个字节的内容，定义char*return *p;				//*p等于1说明低地址的字节为a的地位，为小端存储
}
int main()
{int ret = Check_System();if (ret == 1){printf("小端存储\n");}else printf("大端存储\n");
}

⭐️3. 数据范围

3.1 整形溢出

每一个整形都有它能表示的最值，当该类型的变量所存储的数据超过了能表示的最值MAX，MIN，存储的数据会转变成另外一个数据，而这个数据一定在该整形所能表示的范围中，这叫做整形溢出

• 当存储的数据DATA大于该类型MAX，该数据会转换成MIN+(DATA-MAX-1)
  1.
  具体转换过程
  
  2.
  具体转换过程
  

• 当存储的数据DATA小于该类型MIN，该数据会转换成MAX-(MIN-DATA-1)
  3.
  具体过程
  
  4.
  具体过程
  

3.2 数据范围的求解

知道了当存储的数据超过了该变量类型所能表达的最值后，我们不得不思考，每个类型的最值怎么求？

首先可以参考头文件

#include <limits.h>	//整形类型所能表示的最大小值
#include <float.h>	//浮点型类型所能表示的精度及其范围

其次，知道这些范围是怎么来的可以帮助我们更好的理解数据的存储

signed char举例

signed char的补码从8个0到8个1一共有2^8次方中情况，我们为了将每一种二进制序列表示成一个数，就将10000000规定为MIN
我们知道10000001是-127的补码，所以我们也可以通过拿-127的补码减一得到-128的补码10000000

3.3 练习

1.
#include <stdio.h>
int main()
{char a= -1;signed char b=-1;unsigned char c=-1;printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);return 0; }

2.
#include <stdio.h>
int main()
{char a = -128;printf("%u\n",a);return 0; }

3.
#include <stdio.h>
int main()
{char a = 128;printf("%u\n",a);return 0; }

//4.
#include <stdio.h>
int main()
{int i = -20;unsigned int j = 10;printf("%d\n", i + j);//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
}

5.
unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--) {printf("%u\n",i);
}

6.
int main()
{char a[1000];int i;for(i=0; i<1000; i++){a[i] = -1-i;}printf("%d",strlen(a));return 0; }

7.
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{for(i = 0;i<=255;i++){printf("hello world\n");}return 0;}

⭐️4. 浮点型在内存中的存储

我们先观察一下浮点数5.0在内存中是如何存储的

用2进制表示就是01000000101000000000000000000000
这和5的补码不一样
因此引出一个概念，浮点数的存储规则是什么?

4.1 浮点数的存储规则

根据IEEE（电气电子工程师学会）754标准，一个任意的二进制浮点数V可以表示成下面这种形式

• -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。

规定32位的浮点数最高位是符号位S，接着的8位是阶码E，最后的23位是尾数M

规定64位的浮点数最高位是符号位S，接着的11位是阶码E，最后的52位是尾数M

对于存储浮点数特别规定：
1.因为有效数字m为1.xxxx，所以规定存储时的尾数M是有效数字去掉1后的二进制序列
2.因为指数位e可能为负数，所以规定存储时的阶码E是指数位e-偏移量，对于32位浮点数来说，偏移量是127，对于64位浮点数来说偏移量是1023

对于取出浮点数时特别规定:
1.阶码全为0或1
因为存储浮点数时将有效数字的1去掉了，所以正常情况下取出浮点数的有效数字时需要将去掉的1补回来，取出浮点数的指数位时需要将内存存储的阶码减去偏移量
前面所说的正常情况是值E不为全0或全1
2.阶码E为全0
取出来时阶码E还原成真实指数值e需要在阶码的基础上减去偏移量，如果阶码E全为0，那么指数值为1-127或者1-1023，规定有效数字m不在加上第一位的1，而还原成0.xxxxx
这样做是为了更好的表示±0以及接近于0很小的数字
3.阶码E全为1
阶码全为1，真实指数值就是阶码的值加上偏移量，最后的还原出来的小数就是±无穷大
注：若float型的小数的二进制中指数小于-127，及加上偏移量后阶码仍然为0，这样的小数精度超过了float型的精度，需要用double存储来表示

浮点数5.0f的二进制是101.0
1*2^0+0*2^1+1*2^2+0^2(-1)
5.0f就可以写成(-1)⁰ x 1.01 x 2²
根据IEEE754规则5.0f的二进制序列就是
0 1000001 01000000000000000000000

4.2 练习

1.int main()
{int n = 9;float* pFloat = (float*)&n;printf("n的值为：%d\n", n);printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);*pFloat = 9.0;printf("num的值为：%d\n", n);printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);return 0;
}

2.int main()
{float a = 7.5f;printf("%d\n", a);int b = 2;printf("%f\n", 2);return 0;
}

特别注意：当char、short、不足int数据进行压栈时，会自动转换为4个字节，float进行压栈时自动转换为double类型，这就是为什么%d可以打印char、short类型的数据而不会影响到后面的参数。看起来%hd和%c是读取两字节和一字节的数，但事实上%hd是在4字节中读取两字节，舍去4字节剩下的部分接着往下读。同理，%c则是在4字节中读取一字节，舍去往下读。这才是为什么short型和char型既可以用%d读，也可以用%hd和%c读的原因。

3.int main()
{long long a = 0x0000004400000033;printf("%c %c\n", a);return 0;
}

4.int main()
{float a = 7.5f;printf("%lld\n", a);return 0;
}

5. ⭐️⭐️总结(思维导图)

最近开学了，没什么时间用来整理博客了，真的是百忙之中抽时间来写博客 😡，后面更新的速度可能会慢点，也有可能开始更行高数、线性代数，毕竟确实是整理在博客上面才会记忆犹新啊😆，看到最后，希望能动动小指头三连😘😘😘