数据在内存中的存储

Posted 2021-06-11 两片空白

文章目录

• 一.整形数据在内存中的存储。
• • 1.原码，反码，补码
  • 2.数据在内存中的存取
• 二.大小端介绍
• • 1.什么是大端小端
  • 2.为什么有大端小端
• 三.浮点数在内存中的存储。

一.整形数据在内存中的存储。

整形数据在内存中的存储是以二进制的形式，并且是以补码的形式进行存储的！

1.原码，反码，补码

计算机有符号数有三种表示方式，即原码，反码和补码。三种表示方式均有符号位和数值位组成，符号位用‘0’表示正，用‘1’表示负。

原码：直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制。
反码：将原码的符号位不变，其它依次取反。
补码：反码进行加1。

举个例子：整形int -10的二进制序列为1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
原码为：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
反码为：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101
补码为：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110

2.数据在内存中的存取

- 数据在内存中存储
数据在内存中存的时候，决定开辟多大的空间，负数将原码转成补码，正数补码就是原码。不需要看类型是否是有符号数还是无符号数。

- 数据在内存中取出
整形数据在内存中取出时，决定看待方式，看要以有符号数还是无符号数取出，如果以有符号数取出，最高位为1，要将数据转为原码，如果最高位为0，不需要转化，直接输出。如果是无符号数，直接将存储的二进制输出，不需要转化。
用一个例子说明：

#include<stdio.h>
int main()
{
	signed int a = -1;
	unsigned int b = -1;
	printf("a=%d,b=%d\\n", a,b);
	printf("a=%u,b=%u\\n", a, b);
	return 0;
}

输出：

解释：容易知道-1的补码是1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 不管是有符号数还是无符号数在内存中-1都是这样保存的。当输出以有符号数(%d)输出时，会将-1储存的补码形式转化为原码1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001，即输出-1。当输出以无符号数(%u)输出时，不需要将存储的二进制序列转化。直接输出即输出4294967295。
注意：
1.正数的原，反，补码相同，都是原码。
2.整形数据做计算时，是补码进行计算，不需要看类型。然后看输出是有符号数还是无符号数，确定是否需要转化。

二.大小端介绍

1.什么是大端小端

大端存储模式：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：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。
以一个16进制数为例int a=0x11223344；
小端储存模式

大端储存模式

2.为什么有大端小端

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比特位。但是在C语言中除了8比特位的char之外，还有16比特位的short型，32比特位的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果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。

三.浮点数在内存中的存储。

根据国际标准IEE(电气和电子工程协会）754，说明任意一个浮点数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，表示正数，当S=1,表示负数。
- M表示有效数字，数值大于等于1，小于2。
- 2^E表示指数位。E为无符号整数

浮点数在储存时是将S,M,E储存在内存中。但是还有一些规定，举个例子来说明：
十进制的-5.0，写成二进制-101.0，相当于-1.01*2^2。根据上面的格式得出，S= 1,M=1.01,E=2。
IEEE754规定：
对于32位浮点数，最高位的1位为符号位S，接下来的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M。
如图:

对于64位的浮点数最高的1位为符号位S，接下来11位是指数E，剩下的52位为有效数字M。
排布与32位相同，只是位数多了。

• S的存放是0存0，是1存1。
• 由于E是一个无符号整数，如果E为8位，它的取值范围为0~255，如果E位11位它的取值范围为0 ~2047。但是我们知道科学计数法是可能出现负数的，所以规定，存入内存的E必须加一个中间值，对于8位的E，中间值为127，对于11的E，这个中间值为1023，然后转为二进制储存。取出时将二进制转为十进制再减中间值。
• M的存放，已知M的取值大于等于1，小于2，也就相当于是1.xxxx，在存储时计算机会自动将前面的1.去掉，将后面的数从左到右储存，位数不够补0。

E的储存有两种特殊情况：

1. E全为0
   这时，浮点数E相当于一个很小的数-127或者-1023，当S=0，说明浮点数是正数，并且将无线从右边趋近于0，当S=1，说明浮点数是负数，斌且将从左边无线趋近于0.

   此时在这区间里浮点数默认为0，所以在程序中不能出现浮点数直接与0进行比较，而是用宏定义极限值，在这区间里，浮点数为0.

2. E全为1
   这时的E是一个很大的数值，当M不全为0的情况下，当S=0时，表示浮点数的最大取值，当S=1时，表示浮点数的最小取值。当M全为0时，表示正负无穷大。