深入C语言中数据的存储

Posted 2021-05-26 小写丶H

深度剖析数据在内存中的存储
一.
首先我们知道数据的类型有：

char	字符型
short	短整型
int	整型
long	长整型
long long	非常长的整型
float	单精度浮点型
double	双精度浮点型

其实char 在计算机中以ASCII表存储的，所以也是整型的一部分，所以数据可以分为，整型和浮点型。
所以这篇文章我们会好好认识到计算机内存中整型和浮点型的存储方式。

二.
接下来讲一讲整型在内存中的存储

首先我们得先知道：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，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”，而数值位
三种表示方法各不相同。
原码： 整型按照正负数的形式翻译成二进制。
反码： 原码的基础上符号位不变，其他位取反。
补码： 在反码基础上+1。

数据在计算机内存中的操作是以补码的形式进行的！！！

有一个unsigned 修饰符（无符号），把符号位当成有效值进行计算，那么就是不存在负数，那么正数范围变大。
比如 char 范围 -128 ~127；
那么 unsigned 0~256。

以此类推，其他不是四个字节的整型，就是改变一下位的数，和数据存储的大小。使用和四个字节的一个道理。

这里看一道题:
下面代码输出的结果是：（ ）

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 0x11223344;
    char *pc = (char*)&a;
    *pc = 0;
    printf("%x\\n", a);
    return 0;
}

A.00223344
B.0
C.11223300
D.112233
其实A,B都有可能。
这里就扯出一个大小端的知识点。
什么是大小端：
大端（存储）模式，是指数据的低位字节保存在内存的高地址中，而数据的高位字节，保存在内存的低地址中；
小端（存储）模式，是指数据的低位字节保存在内存的低地址中，而数据的高位字节，保存在内存的高地址中。

所以得根据计算机的存储模式，是小端存储还是大端存储。
我这里是小端存储。看此题

三.
接下来就是浮点型在内存中的存储
看下这段代码：

int main()
{
	int a = 9;
	float* b = &a;   
	printf("%d\\n", a);  //猜测9
	printf("%f\\n", *b); //猜测9.0

	*b = 9.0;
	printf("%d\\n", a);  //猜测9
	printf("%f\\n", *b);  //猜测9.0
	
	return 0;
}

其实结果是：

这里就得需要知道浮点型是怎么存储的，才可以理解这道题。

首先
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：
1.(-1)^S * M * 2^E
2.(-1)^s表示符号位，当s=0，V为正数；当s=1，V为负数。
3.M表示有效数字，大于等于1，小于2。
4.2^E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 1.01×2^2 。 那么，按照上面V的格式，可以得出：
s=0，M=1.01，E=2

double，双精度浮点型，64位，s为 1 bit， e 为 11 bit，m 为 52 bit。

注意：
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，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。

E不全为0或不全为1
那么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。

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。

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）。到这就可以打住了。

解释上面的代码：
所以 9.0 二进制为：
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

用整型打印就是 ： 1091567616
这个数的二进制，就是9.0的二进制。

相反 9的二进制位：
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
用float打印，必然就是0了。

这里必然有和我遇到同样问题的人：

int main() 
{
	int a = 9;
	printf("%d\\n", a);
	printf("%f\\n", a);

	float b = 9.0;
	printf("%d\\n", b);
	printf("%f\\n", b);

	return 0;
}

运行结果：

??? 为什么第三个是0

其实是这样的

如果float a =9.0； 这种形式定义。那么9.0是以double，8个字节存储在计算机里的，
还有就是从double 转换为 float 只是相同类型的存储方式转换 ,然而并不是截取其中后半部分的转换,这点要注意。

double 9.0 的二进制是 ：
0(符号位) 10000000010（指数位） 0010000000000000000000000000000000000000000000000000（有效数）

所以你用int 打印，截取后32位，必然为0。

这里来验证一下，我们用long long 8个字节的整型打印。

这个4621256167635550208 整型的的二进制：

就是double 9.0 的 二进制。
既然数据能对上，那证明这个就没错了。这是我的思路。
（文章内容如有错误，请提醒我，我会及时改正。）