深度剖析数据在内存中的存储 —— 整型 | 浮点型在内存中的存储 | 大小端字节序

简介: 整型 | 浮点型在内存中的存储 | 大小端字节序

正文开始@一个人的乐队
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1.数据类型的详细介绍

前面我们已经学习过C语言基本内置类型:
在这里插入图片描述
这里从两方面说明类型的意义
在这里插入图片描述

1.1 类型的基本归类

整形家族

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注:
在这里插入图片描述
注:如何理解有符号,无符号?

在这里插入图片描述

浮点型家族

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构造类型

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指针类型

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空类型

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2.整型在内存中的存储:原反补

对于计算机中整数原反补的表示方法,小边在上篇文章对二进制位操作的一系列操作符中已经详细聊过了,模糊的小伙伴点这哦:

小边同学强势总结【C语言操作符】

本文重点补充: 为什么整形数据 以补码形式存储在内存中?

1.可以将符号位和数值域统一处理;
2.加法和减法也可以统一处理(CPU只有加法器);
在这里插入图片描述

3.此外,补码与原码之间相互转换,其运算过程是相同的,不需要额外的硬件电路。
在这里插入图片描述

3.大小端字节序介绍及判断

引:首先看看整型数据在内存中的存储
F10调试起来,打开内存窗口

在这里插入图片描述
这里就要介绍大小端字节序存储模式

可见,vs2013采用的是小端(存储)模式。

为什么有大端小端之分?
概括来讲,就是==一个数据大小超过1个字节,往内存中放,牵扯字节顺序问题==。
不过边边还是贴上这一大段文字,有助加深理解:

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8 bit位。
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)。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。
因此就有了大端存储模式和小端存储模式。

百度系统工程师笔试题:(2015)

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)

在这里插入图片描述
写代码:

#include<stdio.h>

int check_sys()
{
    int a = 1;
    char* pa = (char*)&a;//强制类型转换
    return *pa;
    //我也可以不创建变量咯,干脆就写成
    //return (*(char*)&a);
}

int main()
{
    //若为小端存储,返回1
    //若为大端存储,返回0
    int ret = check_sys();
    if (1 == ret)
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }
    return 0;
}

下面有几道练习题巩固加深理解至此本文聊过的内容:
(每道题都附上了边边的详细解析,小伙伴们先做做看哦)

下面程序输出什么?

1.

#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; 
}

剖析:
在这里插入图片描述
2.

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

剖析:
在这里插入图片描述
3.

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

剖析:
在这里插入图片描述
4.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = -20;
    unsigned  int  j = 10;
    printf("%d\n", i + j);
    //按照补码的形式进行运算,最后格式化成为有符号整数
    return 0;
}

剖析:
在这里插入图片描述
5.

#include <stdio.h>
#include<Windows.h>

int main()
{
    unsigned int i;
    for (i = 9; i >= 0; i--) {
        printf("%u\n", i);
        Sleep(1000);
    }
    return 0;
}

在这里插入图片描述
6.

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

剖析:
在这里插入图片描述

7.

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

剖析:
在这里插入图片描述
习题到此结束。

4.浮点数在内存中的存储解析

在这里插入图片描述

举例引入——>浮点数存储的方式

问输出结果?

#include<stdio.h>
int main()
{
     int n = 9;
     float *pFloat = (float *)&n;
     printf("n的值为:%d\n",n);
     printf("*pFloat的值为:%f\n",*pFloat);
     *pFloat = 9.0;
     printf("num的值为:%d\n",n);
     printf("*pFloat的值为:%f\n",*pFloat);
     return 0; 
}

作为初学者的小边一上来就给出这样的答案:
在这里插入图片描述
然而:
在这里插入图片描述
这说明整形与浮点型,在内存中的存取方式不同。

不过没关系啦,读完本文你就豁然开朗咯!

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: 1<=M<2。
  • 2^E表示指数位。

举几个例子你就知道是咋回事咯:
在这里插入图片描述
IEEE 754规定:
1.==float==

对于32位浮点数,最高1位是符号位S,接着8位是指数E,剩下的23位为有效数字M。

在这里插入图片描述
2.==double==

对于64位浮点数,最高1位是符号位S,接着是11位指数E,剩下的是52位有效数字M。

在这里插入图片描述
细心的小朋友会发现,边边特意E和M的后面加上了修正值几个字:
这是因为,IEEE对有效数字M和指数E,还有一些特别的规定。(分为==存==和==取==来讨论)

1. M的修正值

前面聊过, 1≤M<2 ,也就是说,M要写成 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,从而提高精度。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。

2. E的修正值(稍稍复杂些)

(1) 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,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127;对于11位的E,这个中间数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。

在这里插入图片描述

(2) 指数E从内存中==取==出 还要再分三种情况:

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:

  • ①指数E的修正值,减去127/1023,得到真实值E;
  • ②再将有效数字M前加上第一位的1,得到真实值M

② e全为0

在这里插入图片描述

③ e全为1

在这里插入图片描述

此时,我们再把引入题目拿出来就可以轻松的解释了:
在这里插入图片描述

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