C语言——深度剖析数据在内存中的存储(上)

简介: C语言——深度剖析数据在内存中的存储(上)

1. 数据类型介绍


前面我们已经学习了基本的内置类型:


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?


以及他们所占存储空间的大小。


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。


1.1 类型的基本归类


整形家族


char


       unsigned char    


       signed char


short        


       unsigned short [int]


       signed short [int]


int


       unsigned int


        signed int


long


        unsigned long [int]


        signed long [int]


浮点数家族:


float


double


构造类型:


> 数组类型


> 结构体类型 struct


> 枚举类型 enum


> 联合类型 union


指针类型


int *pi;


char *pc;


float* pf;


void* pv;


空类型:


void 表示空类型(无类型)


通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。


2. 整形在内存中的存储


我们之前讲过一个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。 那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的?


比如:


int a = 20;


int b = -10;


我们知道为 a 分配四个字节的空间。


那如何存储?


下来了解下面的概念:


2.1 原码、反码、补码

计算机中的整数有三种表示方法,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


负整数的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。


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。


为什么呢?


   在计算机系统中,数值一律用补码来表示和存储。原因在于,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。


我们看看在内存中的存储:

675b5101407745df8cde883089538054.png

我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。


这是又为什么?


2.2 大小端介绍

什么大端小端:


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。


为什么有大端和小端:


  为什么会有大小端模式之分呢?这是因为在计算机系统中,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8bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外,还有16 bit的short型,32 bit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 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。


        例如:一个 16bit 的 short 型 x ,在内存中的地址为 0x0010 , x 的值为 0x1122 ,那么 0x11 为 高字节, 0x22 为低字节。对于大端 模式,就将 0x11 放在低地址中,即 0x0010 中, 0x22 放在高地址中,即 0x0011 中。小端模式, 刚好相反。我们常用的 X86 结构是 小端模式,而 KEIL C51 则为大端模式。很多的ARM,DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以 由硬件来选择是大端模式还是小端 模式。


百度2015年系统工程师笔试题:


        请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序。(10分)

//代码1
#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;
}
//代码2
int check_sys()
{
 union
 {
 int i;
 char c;
 }un;
 un.i = 1;
 return un.c;
}
1.
//输出什么?
#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;
}

下面程序输出什么?

2.
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}
3.
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}
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