C语言——数据在内存中的存储

目录

前言

一数据类型

类型归类

二整形在内存中的存储

原反补码

大小端

相关练习题

三浮点数在内存中的储存

浮点数储存规则

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前言

只有取学习数据在内存中的存储，我们在以后才能定义好（用好）各种类型的数据！

一数据类型

前面我们已经学习了基本的内置类型，和它们所占存储空间的大小。

    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

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

类型归类

整形家族

    char //== (默认是) signed char？这个C语言没规定//为什么char被归为整行家族？ 因为字符在内存储存时按照ASCALL码来的！unsigned charsigned charshortunsigned short [int]signed short [int]int //== (默认是) signed intunsigned intsigned intlongunsigned long [int]signed long [int]

浮点数家族 

    floatdouble

构造家族（后面学）

 数组类型结构体类型 struct枚举类型 enum联合类型

指针家族 

    int *pi;char *pc;float* pf;void* pv;

空家族

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

二整形在内存中的存储

我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的，它的大小是根据不同的类型而决定的

那如何储存？

原反补码

计算机中的整数有三种2进制表示方法：即原码、反码和补码。

三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”；

正数的原、反、补码都相同；
负数需要从原码转成补码~

原码
直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。

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反码。

补码
反码+1就得到补码。

对于一个整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码

为什么？？

原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；（如1+ (-1) 是就不用担心符号位要不要加的问题：-1转成补码后与1相加结果有33位，第一位(1)符号位丢弃就是答案0）
同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）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

但在内存中我们发现：存的顺序有点不对劲，怎么是倒着存的？？ 

大小端

什么大端小端？

大端（存储）模式：是指数据的低位，保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；(低高高低)  数据的低位和高位是从bit位从右向左（从低到高）来看的
小端（存储）模式：是指数据的低位，保存在内存的低地址中，而数据的高位,，保存在内存的高地址中。(低低高高)

为什么会有大小端模式之分呢？

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一个字节，一个字节为8 bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外，还有16 bit的short型，32 bit的long型（要看具体的编译器），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，那么必然存在着一个如何将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。在我看来，这就只不过定了一个规矩：下次从内存中拿字节时知道怎么拿出来而已~

设计一个小程序来判断当前机器的字节序

#include<stdio.h>int check_sys(int i)
{char* p = (char*)&i;//(char)i 这时不对的:这只是对值进行转化！return *p;
}int main()
{if (check_sys(1)) printf("小端\n");else printf("大端\n");return 0;
}

相关练习题

#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;
}

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

#include<stdio.h>int main()
{int i= -20;unsigned int j = 10;printf("%d\n", i+j);return 0;
}

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

三浮点数在内存中的储存

以一段代码来引出接下来的内容：

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;
}

以上运行结果是什么呢？？

对结果是不是感到很奇怪：

num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？

接下来我们来介绍浮点数的储存规则

浮点数储存规则

根据国际标准IEE（电气和电子工程协会）754：任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：

(-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：范围大于等于1，小于2；
2^E 表示指数位

例如：

十进制的5.0，写成二进制是 101.0 ，相当于 (-1)^ 0 * 1.01 * 2^2 。那么，按照上面V的格式得出：

S=0，M=1.01，E=2

而这些数跟浮点数储存有什么关系呢？

IEEE 754规定：
对于32位的浮点数，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，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

对于有效数字M：
IEEE 754规定，在计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以被舍去，只保存后面的小数点后面的数；等到读取的时候，再把第一位的1加上去；这样做的目的，是节省1位有效数字，在内存中可以多出来1位表达

 对于指数E：

 首先规定了E为一个无符号整数（unsigned int）
 这意味着，如果E为8位，它的取值范围为0~255；如果E为11位，它的取值范围为0~2047。         但是，我们知道，科学计数法中的E是可以出现负数的！                                                               所以在存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数进行'矫正'；                                                   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

那究竟在内存中是不是这样呢？我们用一个例子要演示下： 

而E从内存中取出来时分三种情况：

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前补上第一位的1；

2 E全为0
这时，浮点数的指数E等于 1-127（或者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.xxxxxx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）

有了上面的铺垫，在来解释开头的代码，此时应该就能理解啦

以上便是全部内容，有错误欢迎再评论区指出，感谢观看~