从初识到进阶，硬核解说C语言＜ 进阶篇 1 ＞ 深度剖析数据在内存中的存储

Posted 2021-06-08 在下赵某人

文章目录

• • 1、数据类型介绍
  • 2、整形在内存中的存储
  • 3、大端和小端
  • 4、练习（整形在内存中的存储）：
  • 5、浮点型在内存中的存储

1、数据类型介绍

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

//C语言有没有字符串类型，字符串在内存中也是以ASCII码值（数字）形式储存的。

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。

附：

2、整形在内存中的存储

负数的原、反、补码不相同，需要进行计算。
正数的原、反、补码都相同。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。（ printf 打印的是原码）

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。
原因： 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。

3、大端和小端

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。



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 = 1;
    return (*(char *)&i);
}

int main()
{
    int ret = check_sys();
    if(ret == 1)
    {
        printf("小端\\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\\n");
    }
    return 0;
}

4、练习（整形在内存中的存储）：

例一：

#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;
}

解析：

其中涉及的整形提升细节如下图：

例二：

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

解析

具体细节如下图：


例三：

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

解析：

其中涉及的整形提升细节如下图：

例四：

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

解析：

这道题大家类比上面自己动手练习一下吧！
注意事项：按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
步骤：
1、先算出 i 和 j 的补码，然后相加。
2、通过步骤 1 得到结果的补码，转换成原码后以 %d （有符号数）形式打印。

附：
\\\\char类型在内存中的储存

5、浮点型在内存中的存储

浮点数家族包括： float、double、long double 类型。
浮点数存储的例子：

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;
}

输出的结果是什么呢？
结果：

num 和 *pFloat 在内存中是同一个数，而浮点数和整数的解读结果有很大的差别，说明:浮点数在计算机内部的表示方法与整形不同。

国际标准IEE754规定，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. (-1)^s表示符号位，当s=0，V为正数；当s=1，V为负数。
2. M表示有效数字，大于等于1，小于2。
3. 2^E表示指数位。

举例来说：
*eg1、 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。
*eg2、 十进制的-5.0，写成二进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，E=2。

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。

有效数字M和指数E，还有一些特别规定:

有效数字M:
因为 1≤M<2 ，故 M 可以写成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小数部分。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。

指数E
E为一个无符号整数，则：
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，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。

指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：
1、E不全为0或不全为1
这时，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（1/2）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-1+127=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:
2、E全为0
这时，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，表示±无穷大（正负取决于符号位s）。