整型数据在内存中的存储

Posted 2021-10-15 Suk_god

这里写目录标题

• 整型数据在内存中的存储
• • 预备知识
  • • 原码、反码、补码
    • 大小端介绍
    • • 定义：
      • 为什么要有大小端？
      • 设计一个程序判断大小端
  • 针对整型数据存储的练习题
  • • 1、此代码段输出结果是？
    • • 分析
    • 2、求出下面程序的输出结果
    • • 分析
    • 4、求程序输出结果
    • • 分析
    • 5、继续求程序输出结果
    • • 分析
    • 6、求程序输出结果
    • • 分析
    • 7求程序段结果
    • • 分析

整型数据在内存中的存储

预备知识

原码、反码、补码

计算机中的有符号数有三种表示方式，即原码、反码和补码
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即可
反码：原码符号位不变，其余位取反
补码：反码＋1
正数的原码反码补码相同

大小端介绍

定义：

大端（存储）模式：数据的低位保存在内存的高地址中，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，数据的高位保存在内存的高地址中

为什么要有大小端？

在计算机系统中，以字节为单位，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit，对于位数大于8位的处理器来说，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。

设计一个程序判断大小端

int check_sys()
{
	int i = 1;
	return (*(char*)&i);//首先取到i的地址，强转为char*，再对其解引用
}

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

针对整型数据存储的练习题

1、此代码段输出结果是？

#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;
 }

分析

a,b,c三个变量的初始化值都为-1；

-1的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

对于a和b来说，char类型和signed char类型一样，故而输出的结果也一样。

首先，内存中存储的是-1的补码，由于char类型只占一个字节，故而在写入内存是发生截断，内存中存储的为二进制序列1111 1111。

输出函数以“%d”的形式打印，而从内存中取出来的数据为1111 1111，所以要发生整形提升，比特位由原来的8位提升到32位，整型提升时高位补1还是补0需要看自身类型，a,b为有符号数，故而补1。

所以此时二进制序列变为1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，而又因为数据是按照“%d”（有符号数）打印，看最高位为1，所以说这个二进制序列为结果的补码，我们将其转换为原码后结果为：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001，对应我们十进制的-1，所以，a,b的输出结果均为-1。

对于变量c来说，它的类型为unsigned char，根据前面的思路，数据在写入内存时进行了一样的操作，而从内存取数据时就有所差异了！

取出来的数据依旧是二进制序列1111 1111，发生整形提升时高位补1还是 补0需要看自身类型，由于c是无符号数，所以补0。

也就是说，此时的二进制序列从为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111，又因为数据是按照“%d”（有符号数）打印，看最高位为0，所以此时的二进制序列就是对应的结果，也就是十进制的255。

综上所述，输出的结果是：a=-1,b=-1,c=255

2、求出下面程序的输出结果

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

分析

-128 的补码为：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000
128的补码为： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000

将该数据写入内存时，由于a，b的类型均为 char,所以会发生截断，只将1000 0000存入a中，1000 0000存入b中。

取数据时：将二进制序列1000 0000从内存中取出，由于要以“%u”的形式输出，所以需要对a和b都要做整形提升。

由于a，b的自身类型为char,有符号类型且1000 0000高位为1，所以高位补1，形成新的二进制序列为1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000

输出函数以“%u”输出，为无符号类型，所以新的二进制序列即为最终结果!对应十进制的4,294,967,168

4、求程序输出结果

	int i = -20;
	unsigned int j = 10;
	printf("%d\\n",i+j);

分析

按照补码的形式进行计算，最后格式化为有符号整数
-20的补码为：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1100，
10的补码为：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
二者相加的二进制序列为：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110

以“%d”输出，二进制序列符号位为1，说以是负数，说明此二进制序列为最终结果的补码，所以将其进行转换，最终结果为：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010，对应十进制的-10。

相应地，这里也间接说明，两个类型不一致的数据做运算时，要发生隐式类型准换，只有类型一致时，才可以进行预算。

5、继续求程序输出结果

unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\\n",i);
	}

分析

对于此题来说，首先，变量i的类型是无符号整型数据，for循环中的条件判断为i>=0，表达式左右两边的类型不一致，所以要发生隐式类型转换。
当i逐次递减，减到0的时候，下一次理应为-1，此时从内存中读取出来i的二进制序列为：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，但是i的类型为无符号整型数据，所以此二进制序列就是最终结果，也就是说此时i的值变成了unsigned int 的最大值;也就是说，每次i递减到0的时候，下一次就会变成unsigned int 的最大值。

综上，此程序代码为死循环，具体输出结果是：
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 4294967295 …0 4294967295…0无限循环。

6、求程序输出结果

int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
   {
        a[i] = -1-i;
   }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0; 
}

分析

数组a的容量为1000，每一个元素类型为char,for 循环做的操作是对数组的 每一个单元重新赋值。最后输出的值是strlen(a)

stelen():求字符串长度，以‘\\0’（实际存储为数字0）作为结束标志，不包括‘\\0’在内。

也就是说，此题的主要问题在于循环经历多少次之后，对数组单元的赋值为0？？？

我们知道，char类型的数据取值范围为[-128~127],也就是说，只要 -1-i 的值在此范围内，就是合法的。
i = 0---->a[i] = -1
i = 1---->a[i] = -2
以此类推
i=127------>a[i] = -128、

i = 128----->a[i] = -129??? 很明显出错了，超出了char的范围。
-129补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1111
由于数组类型为char类型，故而发生截断，得到新的二进制序列为0111 1111，重新写回数组a时，判断最高位为0，所以此二进制序列就是最终结果，对应十进制的的127.

也就是说，
i = 128 时----->a[i] = 127
由此可以看出，i不断递增的过程中，a[i]的数据内容从-1递减到-128然后由-128变成127，再由127递减到0，

这总共经历了128+128-1（最后一个0不包括在内）长度
所以最终结果为：255

7求程序段结果

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
    for(i = 0;i<=255;i++)
   {
        printf("hello world\\n");
   }
    return 0; 
}

分析

对于循环变量i：它的类型为unsigned char ，取值范围为[0~255]

当i的值为255时，合法，再加1理应为256，对应的原码为1 0000 0000，补码和原码一致，但是在存入时要发生截断，存入的数据实际为0000 0000，对应十进制的0

综上所述：此代码段的结果是发生死循环，因为i 的值从0增长到255再变成0，然后再到255。