网站做配置文件的作用,自己做淘宝客网站,安装下载应用,网站建设的技术方案数据在内存中的存储方式 前言1. 整数在内存中的存储2. 大小端字节序和字节序判断2.1 什么是大小端2.2 为什么有大小端2.3 练习2.3.1 练习12.3.2 练习22.3.3 练习32.3.4 练习42.3.5 练习52.3.6 练习6 3. 浮点数在内存中的存储3.1 练习3.2 浮点数的存储3.2.1 浮点数存的过程3.2.2… 数据在内存中的存储方式 前言1. 整数在内存中的存储2. 大小端字节序和字节序判断2.1 什么是大小端2.2 为什么有大小端2.3 练习2.3.1 练习12.3.2 练习22.3.3 练习32.3.4 练习42.3.5 练习52.3.6 练习6 3. 浮点数在内存中的存储3.1 练习3.2 浮点数的存储3.2.1 浮点数存的过程3.2.2 浮点数取的过程 3.3 题目解析 前言
数据在内存中的存储方式是以二进制形式存储的。计算机中的内存由一系列存储单元组成每个存储单元都有一个唯一的地址用于标识它在内存中的位置。计算机可以通过这些地址来定位并访问内存中的数据。
数据在内存中的存储方式取决于数据的类型。数值类型的数据例如整数、浮点数等以二进制形式存储并根据类型的不同分配不同的存储空间。字符串和字符数据由ASCII码存储在内存中。数据结构例如数组、结构体、链表等的存储方式也取决于其类型和组织结构。
总之数据在内存中以二进制形式存储并根据其类型和组织方式分配不同的存储空间。 1. 整数在内存中的存储
整数的2进制表示方法有三种即原码、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”而数值位最高位的一位是被当做符号位剩余的都是数值位。
正整数的原、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得到的就是原码。
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
为什么数据在内存中是按照补码存在的
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。
你可以这样理解为了简化电路CPU里只存在加法器使用补码可以使加法器来计算减法有人可能会问乘法呢乘法只不过是加法多加几次而已。
2. 大小端字节序和字节序判断
当我们了解了整数在内存中存储后我们调试看一个细节
#include stdio.h
int main()
{int a 0x11223344;return 0;
}调试的时候我们可以看到在a中的 0x11223344 这个数字是按照字节为单位倒着存储的。这是为什么呢 2.1 什么是大小端
其实超过一个字节的数据在内存中存储的时候就有存储顺序的问题按照不同的存储顺序我们分为大端字节序存储和小端字节序存储下面是具体的概念
大端存储模式是指数据的低位字节内容保存在内存的高地址处而数据的高位字节内容保存在内存的低地址处。
小端存储模式是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处而数据的高位字节内容保存在内存的高地址处。
上述概念需要记住方便分辨大小端。
2.2 为什么有大小端
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8bit位但是在C语言中除了8bit的 char 之外还有16bit的 short 型32bit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。
例如一个 16bit 的 short 型 x 在内存中的地址为 0x0010 x 的值为 0x1122 那么 0x11 为高字节 0x22 为低字节。对于大端模式就将 0x11 放在低地址中即 0x0010 中 0x22 放在高地址中即 0x0011 中。小端模式刚好相反。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。
2.3 练习
2.3.1 练习1
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。10分-百度笔试题
//代码1
#include stdio.h
int check_sys()
{int i 1;return (*(char *)i);
}
int main()
{int ret check_sys();if(ret 1){printf(小端\n);}else{printf(大端\n);}return 0;
}
//代码2
int check_sys()
{union{int i;char c;}un;un.i 1;return un.c;
}代码1 代码2
2.3.2 练习2
#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);//无符号字符型没有符号位return 0;
}255 为什么等于 -127 呢 是因为没有符号位的时候。 2.3.3 练习3
#include stdio.h
int main()
{char a -128;printf(%u\n,a);return 0;
}根据上面所示这个也是同理%u打印无符号整数而-128表示的也就是最大值而本题还有一个小点char是字符型%u打印无符号整数,要先发生整型提升负数的整型提升提升的是符号位然后就出现了如下的数字。
#include stdio.h
int main()
{char a 128;printf(%u\n,a);return 0;
}2.3.4 练习4
#include stdio.h
int main()
{char a[1000];int i;for(i0; i1000; i){a[i] -1-i;}printf(%d,strlen(a));return 0;
}字符类型 char 也可以设置 signed 和 unsignedsigned char c; // 范围为 -128 到 127
unsigned char c; // 范围为 0 到 255可得上面代码是打印个数
2.3.5 练习5
#include stdio.h
unsigned char i 0;
int main()
{for(i 0;i255;i){printf(hello world\n);}return 0;
}unsigned char i 0;
存储的最大空间是255255再加的话会变成0所以出现死循环#include stdio.h
int main()
{unsigned int i;for(i 9; i 0; i--){printf(%u\n,i);}return 0;
}同理本题也是出现死循环
2.3.6 练习6
#include stdio.h
int main()
{int a[4] { 1, 2, 3, 4 };int *ptr1 (int *)(a 1);int *ptr2 (int *)((int)a 1);printf(%x,%x, ptr1[-1], *ptr2);return 0;
}3. 浮点数在内存中的存储
常见的浮点数3.14159、1E10等浮点数家族包括 float 、 double 、 long double 类型。
浮点数表示的范围 float.h 中定义
3.1 练习
#include stdio.h
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;
}3.2 浮点数的存储
上面的代码中 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。
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 ∗ 2E
(−1) S 表示符号位当S0V为正数当S1V为负数 (−1) SM表示有效数字M是大于等于1小于2的2E表示指数位
举例来说 十进制的5.0写成二进制是 101.0 相当于 1.01×22 。
那么按照上面V的格式可以得出S0M1.01E2。
十进制的-5.0写成二进制是 -101.0 相当于 -1.01×22 。那么S1M1.01E2。
IEEE 754规定
对于32位的浮点数最高的1位存储符号位S接着的8位存储指数E剩下的23位存储有效数字M
对于64位的浮点数最高的1位存储符号位S接着的11位存储指数E剩下的52位存储有效数字M
float类型浮点数内存分配double类型浮点数内存分配3.2.1 浮点数存的过程
IEEE 754对有效数字M和指数E还有一些特别规定。
前面的说过 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。比如保存1.01的时候只保存01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。以32位浮点数为例留给M只有23位将第一位的1舍去以后等于可以保存24位有效数字。
至于指数E情况就比较复杂
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。比如210的E是10所以保存成32位浮点数时必须保存成10127137即 10001001 。
3.2.2 浮点数取的过程
指数E从内存中取出还可以再分成三种情况
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的二进制形式为0.1由于规定正数部分必须为1即将小数点右移1位则为1.0*2(-1)其阶码为-1127(中间值)126表示为 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 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①位的1而是还原为0.xxxxxx小数。这样做是为了表示±0以及接近于0的很小的数字。
0 00000000 00100000000000000000000E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
0 11111111 00010000000000000000000 3.3 题目解析
下面让我们回到一开始的练习
先看第1环节为什么 9 还原成浮点数就成了 0.0000009以整型的形式存储在内存中得到如下二进制序列
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001 首先将 9 的二进制序列按照浮点数的形式拆分得到第一位符号位s0后面8位的指数E00000000 最后23位的有效数字M000 0000 0000 0000 0000 1001。
由于指数E全为0所以符合E为全0的情况。因此浮点数V就写成 V(-1)0 * 0.00000000000000000001001∗2(-126)1.001*2(-146)
显然V是一个很小的接近于0的正数所以用十进制小数表示就是0.000000。
再看第2环节浮点数9.0为什么整数打印是 1091567616 首先浮点数9.0等于二进制的1001.0即换算成科学计数法是1.001 ∗ 23 所以9.0 (−1) ∗ 0 ∗ (1.001) ∗ 23 那么第一位的符号位S0有效数字M等于001后面再加20个0凑满23位指数E等于3127130即10000010
所以写成二进制形式应该是SEM即
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000这个32位的二进制数被当做整数来解析的时候就是整数在内存中的补码原码正是1091567616 。
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