C语言--数据存储

简介: 数据存储

 目录

1、数据类型介绍

1.1、类型的基本归类

2、整形在内存中的存储

2.1、原码、反码、补码

2.2 大小端

2.3 练习题

3.、浮点型在内存中的存储

3.1 一个例子

3.2 浮点数存储规则


1.数据类型介绍

基本的内置类型:

char   字符数据类型                                                                                                                          short   短整型                                                                                                                                    int        整型                                                                                                                                        long    长整型                                                                                                                                      long long  更长的整型                                                                                                                        float   单精度浮点数                                                                                                                          double 双精度浮点数

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。

1.1 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]

浮点数家族:float   double

结构类型: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)   通常应用函数的返回类型、函数的参数、指针类型

2.整型在内存中的存储

我们都知道,创建一个变量是要在内存中开辟空间,空间的大小是根据不同的类型而决定的。

2.1 原码、反码、补码

要了解如何存储的,那就要了解反码、补码和原码。

整型在计算机中有三种表达方式:即反码、补码和原码。

在计算机中,存储整数采用的是整数的补码。

三种方式均有符号位和数值位两部分,符号位是0的时候,那就是正整数。符号位是1的时候是负整数。而数值位上,正整数的反码、补码和原码是相同的。负整数,反码、补码和原码是不一样的。

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。

补码:反码+1就得到补码。                                                                                                            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。

那么计算机为什么要这样存储?

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。

 

2.2 大小端

我们打开编译器,如vs2019.看看内存中的存储:

Z1DBY4C_3EF[UM{MLA8R_DQ.png

20的补码是:00000000000000000000000000010100      0x00 00 00 14                                        -10的补码是:11111111111111111111111111110110              0xff   ff   ff   f6

发现,顺序不对。

这是怎么回事?

原来,在计算机中,内存存储数据,采用的是字节序的大小端存储模式

什么是大小端?

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。

2.3 练习题

3.、浮点型在内存中的存储

通过上面,我们知道,整数在计算机里面的存储方式是根据二进制的原、反、补码来存储和使用的。那么,浮点数,是否也是用原反补呢?如果是用原反补,那么它的小数点是什么样的形式?

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)^S * M * 2^E

       (-1)^s表示符号位,当s=0,V为正数;当s=1,V为负数。

       M表示有效数字,大于等于1,小于2。

       2^E表示指数位

举个例子: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。

       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。

因此,浮点型跟整型的区别是,整型是直接以二进制的形式存储,二浮点型是使用了科学计数法,并且,要讲符号位、指数位和有效数字分开,分别是S、E、M。

还有,根据规定:

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。

0ZBVIBUA%)%SA@M{W0J4A1P.png

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。

NT}R42I}FKBXI3}T`Q%S8HJ.png

这里的意思是什么呢?即浮点数的值的范围,可以知道,为什么double类型比float类型的精确度要高了。

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(unsigned int)

这意味着,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,我们知道,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。

然后,指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:

①E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

②E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。

③E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);




 

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