青岛专业网站建设定制,next wordpress,网站建设培训班价格,小程序api文档今天我们深度剖析数据在内存中的存储#xff1a;
重点知识#xff1a;
1、数据类型详细介绍
2、整形在内存中的存储#xff1a;原码、反码、补码
3、大小端字节序介绍及判断
4、浮点型在内存中的存储解析
之前我们涉及关于这一部分的知识只是大致的进行讲解#xff0…今天我们深度剖析数据在内存中的存储
重点知识
1、数据类型详细介绍
2、整形在内存中的存储原码、反码、补码
3、大小端字节序介绍及判断
4、浮点型在内存中的存储解析
之前我们涉及关于这一部分的知识只是大致的进行讲解今天我们要把这个内容详细的讲解和总结。 1、数据类型介绍
在前面我们已经学习了基本的内置类型(内置类型就是语言自身定义的类型) char //字符数据类型 short //短整型 int //整形 long //长整形 long long //更长的整形 float //单精度浮点型 double //双精度浮点型 //C语言有没有字符串类型呢 答案是C语言没有字符串类型但是可以用字符数组或字符指针来表示。 以及他们所占存储空间的大小(sizeof-操作符-计算操作数的类型长度-单位字节)。
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如int的内存空间存放整形float的内存空间存放单精度浮点数 总结类型是用来创建变量的在我们创建变量的时候我们要选择合适的类型合理的利用内存空间。
1.1 类型的基本归类
整形家族 char unsigned char signed char short unsigned short [int] [signed] short [int] int unsigned int [signed] int long unsigned long [int] [signed] long [int] long long unsigned long long [int] [signed] long long [int] 讲解 1、char为什么属于整形家族 答案是字符在存储的时候存储的是ASCII码值ASCII码值是整数所以在归类的时候字符属于整形家族。 2、signed和unsigned的介绍 1signed和unsigned是用来修饰整形家族类型的(注不能修饰浮点类型因为他们带有符号)。 2signed有符号的二进制最高位为符号位其它位为数据位正负数均可正常存放。(最高位为1表示负数最高位为0表示正数) 3unsigned无符号的自身所有二进制位都是数据位存放正数。(所以无符号数的最大值要比有符号的大约一半因为有符号数的最高位被用来做符号位) 4默认的short、int、long、long long为有符号数。(上方[]表示里面的内容可以省略) 5char本身到底是signed char还是unsigned char取决于编译器的实现。常见的编译器charsigned char 浮点数家族 float //单精度浮点型 double //双精度浮点型 注字面浮点数默认为双精度浮点型所以在定义单精度浮点型时要强制类型转换。 如float data 3.14f; 构造类型自定义类型 数组类型 //因为数组大小和元素类型是我们根据需求自己定义的所以属于构造类型 结构体类型 struct 枚举类型 enum 联合类型 union 指针类型 1对指针的理解指针变量前的第一个*与变量结合表示它是指针再往前面所有东西表示这个指针所指向对象的类型。 2指针类型的意义指针是有类型的指针的类型决定了指针-整数的步长指针解引用操作的时候的权限。 int *pi; char *pc; float *pf; 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。 图解 2、整形在内存中的存储
以前我们知道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。
那接下来我们谈谈数据在所开辟内存到底是如何存储的
2.1 原码、反码、补码
计算机中的整数有3种二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”而数值位——
正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。 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 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。 对于整形数据来说数据在内存中存储的是补码。
为什么是补码呢 在计算机系统中数值一律用补码来表示和存储。原因在于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。 图示 代码1验证整形数值在内存中统一用补码存储
int main()
{int a 1;int b 1;int c a - b;//c 1 - 1//CPU只有加法器,所以转化成 1 -1//如果我们使用原码来计算//1的原码00000000000000000000000000000001//-1的原码10000000000000000000000000000001//1-1的原码10000000000000000000000000000010----2err//我们使用补码计算//1的补码00000000000000000000000000000001//-1的补码11111111111111111111111111111111//1-1的补码00000000000000000000000000000000---0,turn//所以在计算机中对于整型数据存放的是补码return 0;
}
代码2观察数据在内存中的存储 a和b确实在内存中存储的是补码但是我们发现顺序有点不对劲倒着存放的。
这又是为什么
2.2 大小端介绍
什么是大端小端 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 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 为什么有大端和小端呢 答案是因为计算机系统中我们是以字节为单位的每个地址单位都对应着一个字节一个字节 8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外其他类型所占空间都大于8bit另外对于位数大于8位 的处理器例如16位或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和小端存储模式。 如图解 我们常用的 X86 结构是小端模式而 KEIL C51 则为大端模式。很多的ARMDSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。 百度2015年系统工程师笔试题 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。 分析 大端字节序是把一个数据的低字节的内容存放在高地址处高字节的内容存放在低地址处小端字节与之相反。我们定义一个整形变量a赋值1(最简单)取出它的第一位字节的内容内容等于1则为小端反之为大端。 图示 代码 #includestdio.h
//自定义函数——返回整数1的第一个字节的内容
int check_sys()
{int a 1;return *(char*)a;//把a的类型强制转换为char*,再解引用得到a第一个字节的内容
}
int main()
{//调用函数int ret check_sys();//判断结果是否为1.为1则为小端反之为大端if (1 ret){printf(小端\n);}else{printf(大端\n);}return 0;
} 运行结果小端VS2019是小端字节序存储 2.3 练习 代码1 #include stdio.h
int main()
{char a -1;//-1是整数32bit位//原码10000000000000000000000000000001//反码11111111111111111111111111111110//补码11111111111111111111111111111111//因为a的类型是char(在VS2019默认为有符号的)所以截断//a的补码11111111signed char b -1;//b和a一样unsigned char c -1;//c的补码11111111printf(a%d,b%d,c%d, a, b, c);//%d是打印有符号的十进制整数原码//a和b的类型都为有符号的char,整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的//a和b提升:11111111111111111111111111111111// 取反10000000000000000000000000000000// 原码10000000000000000000000000000001 ---1//c的类型是无符号的char,整形提升直接高位补0//c的提升00000000000000000000000011111111 --255return 0;
} 代码2 #include stdio.hint main()
{char a -128;//a的补码10000000printf(%u\n, a);//%u是打印无符号的十进制整数(无符号-所有位都是数值位)//a的类型是有符号的char整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的//a提升11111111111111111111111110000000 --4294967168return 0;
} 代码3 #include stdio.h
int main()
{char a 128;//128的补码00000000000000000000000010000000//a是char--截断10000000printf(%u\n, a);//%u是打印无符号十进制整数(无符号--32bit位均为数值位)//a的类型是有符号的char整形提升是按照变量的数据类型符号位来提升//a提升11111111111111111111111110000000 -- 4294967168return 0;
} char的取值范围 代码4 #includestdio.hint main()
{int i -20;//-20的原码10000000000000000000000000010100//-20的反码11111111111111111111111111101011//-20的补码11111111111111111111111111101100unsigned int j 10;//10的补码00000000000000000000000000001010printf(%d\n, i j);//虽然ij的类型是无符号的但是最后格式化成为有符号整数//①ij的补码11111111111111111111111111110110//取反10000000000000000000000000001001//1: 10000000000000000000000000001010 ---10return 0;
}代码5 #includestdio.h
#includewindows.hint main()
{unsigned int i;for (i 9; i 0; i--)//死循环因为i是无符号类型的它的最小取值都为0{printf(%u\n, i);Sleep(1000);//Sleep函数是实现睡眠单位毫秒}return 0;
} 积累当你使用无符号类型做循环变量时一定要格外小心 代码6 #includestdio.h
#includestring.hint main()
{char a[1000];int i;for (i 0; i 1000; i){a[i] -1 - i;//-1 -2 -3 …… -128 127 126 …… 2 1 0 -1 ……}//strlen是计算字符串的长度的统计‘\0’(ASCII值0)之前的printf(%d, strlen(a));//128 127 255return 0;
} 3、浮点数在内存中的存储 常见的浮点数 3.14159 1E10 //1.0*10^10 浮点数家族包括 float、double、long double 类型。 浮点数表示的范围float.h中定义 //整形的取值范围可以在“limits.h”中查看 3.1 一个例子 浮点数存储的例子
#includestdio.hint main()
{int n 9;float* pFloat (float*)n;printf(n的值为%d\n, n);//%d是打印有符号的十进制整数printf(*pFloat的值为%f\n, *pFloat);//%f是打印有符号的单精度浮点数*pFloat 9.0;printf(num的值为%d\n, n);//%d是打印有符号的十进制整数printf(*pFloat的值为%f\n, *pFloat);//%f是打印有符号的单精度浮点数return 0;
} 运行结果是什么呢 运行之后我们得到了很怪的结果这是为什么呢 答案是整形和浮点型在内存中的存储方式是截然不同的接下来我们来学习浮点型在内存中是怎么存储的。 3.2 浮点数存储规则 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 要理解这个结果一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。 解读 根据国际标准IEEE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 V (-1)^S * M * 2^E (-1)^S表示符号位当S0V为正数当S1V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。 图解 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。 那SME是怎么存储的呢 1S的存储 S 0V为正数S 1V为负数。M和E比较复杂下面我们详细对其讲解。 IEEE 754对有效数字M和指数E有一些特别的规定。 2M的存储 前面说过 1≤M2 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时默认这个数的第一位总是1因此可以被舍去只保存后面的 xxxxxx部分提高了浮点数的精度。 3E的存储 首先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IEEE 754规定存入内存时E的真实值必须再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。 然后指数E从内存中取出还可以再分成三种情况 ①E不全为0或不全为1即有0也有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。 ②E为全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。 ③E为全1 此时指数E全为1表示无穷大正负取决于符号位S。 现在我们来解释一下前面3.1的题目 #includestdio.hint main()
{int n 9;//9的补码00000000000000000000000000001001float* pFloat (float*)n;printf(n的值为%d\n, n);//%d是打印有符号的十进制整数//00000000000000000000000000001001 ---9printf(*pFloat的值为%f\n, *pFloat);//%f是打印有符号的单精度浮点数//0 00000000 00000000000000000001001//s 0//m 0.00000000000000000001001(e为全0m不再加上1)//e 1-127 -126//v (-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126 ---0.000000*pFloat 9.0;//pfloat指向的是单精度浮点型的空间//1001.0// (-1)^0 * 1.0010 * 2^3//s 0//m 1.001//e 3//9.0在内存中的存储01000001000100000000000000000000printf(num的值为%d\n, n);//%d是打印有符号的十进制整数//01000001000100000000000000000000 ---1091567616printf(*pFloat的值为%f\n, *pFloat);//%f是打印有符号的单精度浮点数//9.000000return 0;
} 通过学习了数据在内存中的存储我们对代码的理解层次更深。
