详细刨析C语言数据的储存

Posted 2021-10-08 敲键盘的钢琴家

C语言数据的存储

• • 1、数据类型的详细介绍
  • 2、类型的基本归类
  • 3、整形在内存中的存储
  • 4、大小端介绍
  • 5、浮点型在内存中的存储

1、数据类型的详细介绍

我们在C语言中已经学到了许多基本的内置数据类型，下面让我们来看看。

char        //字符数据类型    1个字节大小
short       //短整型			 2个字节大小
int         //整形  		 4个字节大小
long        //长整型			 4个字节大小
long long   //更长的整形		 8个字节大小
float       //单精度浮点数    4个字节大小
double      //双精度浮点数    8个字节大小

C语言数据类型的意义：

• 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。如开辟一个char类型的数据大小为1一个字节，开辟一个int类型的大小为4个字节等等。
• 如何看待内存空间的视角。

2、类型的基本归类

• 整型家族

char
 unsigned char
 signed char
short
 unsigned short [int]
 signed short [int]
int
 unsigned int
 signed int
long
 unsigned long [int]
 signed long [int]
 上面[]里的内容可以省略不写，如直接写出unsigned short

char a//有符号？还是无符号？取决于编译器类型
//大部分编译器下char  就是signed char
//short int long直接定义的都是有符号的
//int==signed int short==signed short
//所以对于int long short类型要定义成无符号就要定义成unsigned

• char类型的数据解析

int main()
{
    unsigned char c1=255;
    char c2=255;
    printf("%d %d",c1,c2)//255 -1
//这两个数据放在内存中的值都是一样的，但是c1无符号没有符号位，
//c2的首位被认为符号位
    return 0;
}

有符号的char能表示的范围-128到127，无符号的能表示的范围0到255，举一反三可以推演出short、int类型的

• 浮点数家族：

float//单精度浮点形
double//双精度浮点型

• 构造类型

> 数组类型
> 结构体类型 struct
> 枚举类型 enum
> 联合类型 union

对数组类型的解析

int main()
{
    int arr[10]={0};
    sizeof(arr);//40
    sizeof(int [10]);//40
//此时的数组类型为int [10]
    int arr[5]={0};
//此时的数组类型为int [5];所以数组类型随着定义发生变化的
    return 0;
}

• 指针类型

int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;

• 空类型

void 表示空类型（无类型）

void test(void)
{
    ;
}
int main()
{
    test();
    test(sa);//语法错误，test(void)这种写法表示不需要接收参数
}
通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。

3、整形在内存中的存储

我们之前了解过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。
原码、反码、补码概念
计算机中的有符号数有三种表示方法，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

三种表示方法各不相同。

• 原码
  直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。

• 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了。

• 补码
  反码+1就得到补码。

• 总结
  1、正数的原、反、补码都相同
  2、对于整形来说：数据存放的内存中其实存放的是补码。

• 补充：补码符号位不变，其他位按位取反，在+1也能得到原码
  

4、大小端介绍

什么大端小端：
1、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；
2、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。

实现对大小端的判断

int check_sys()
{
    int a=1;
    retuen *(char*)&a;
  
}
int main()
{
    int ret=check_sys();
    if(1==ret)
    {
        printf("小端");
    }
    else
    {
        printf("大端");
    }
    return 0;
}

5、浮点型在内存中的存储

常见的浮点数：
3.14159

1E10

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
详细解读浮点数的存储
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(只需要存S、M、E的值)
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。
5. 例如：

//不要举特别特殊的例子，像3.3、3.1416等等，二进制难以表示
9.0
1001.0

1.001*2^3
(-1)^0*1.001*2^3

S=0
M=1.001
E=3

• 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。
  
  IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。 前面说过， 1≤M<2 ，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（unsignedint）这意味着，如果E为8位，它的取值范围为0到255；如果E为11位，它的取值范围为0到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IEEE754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。

int main()
{
    float f=5.5f;
    //101.1
    //(-1)^0 * 1.011 * 2^2
    //M=1.011 E=2 S=0
    //存储S=0 E=2+127 M=011
    //0 10000001 011
    //0 10000001 01100000000000000000000  011后面剩余的bit位补0
}

图片解析：

然后，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，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（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:0-01111110- 00000000000000000000000

2.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。

3.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）；
和浮点数有关的例题

int main()
{
    int 9;
    //0 00000000 00000000000000000001001
    float *pFloat=(float*)&n;
    printf("n的值为：%d\\n",n);
    printf("*pFloat的值为：%f\\n",*pFloat);
    //E为全0 E直接就是1-127=-126
    //M=0.00000000000000000001001
    //00000000000000000001001*2^-126
    //打印出0.000000
    *pFloat = 9.0;
    //1001.0
    //(-1)^0*1.001*2^3
    //S=0
    //E=3
    //M=1.001
    //0 10000010 00100000000000000000000
    printf("num的值为：%d\\n",n);
    printf("*pFloat的值为：%f\\n",*pFloat);
    return 0;
  
}

输出结果的不同说明了浮点数在内存的存储方式和整型截然不同。