C · 进阶 | 深度剖析数据在内存中的存储

简介: 数学中我们常见到函数的概念。但是你了解`C语言`中的函数吗?- 维基百科中对函数的定义:==子程序==在计算机科学中,子程序(英语:`Subroutine`, `procedure`, `function`, `routine`, `method`, `subprogram`, `callable unit`),是一个大型程序中的某部分代码, 由一个或多个语句块组成。它负责完成某项特定任务,而且相较于其他代码,具备相对的独立性。一般会有输入参数并有返回值,提供对过程的封装和细节的隐藏。这些代码通常被集成为软件库

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啊我摔倒了..有没有人扶我起来学习....


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前言

数学中我们常见到函数的概念。但是你了解C语言中的函数吗?

  • 维基百科中对函数的定义:==子程序==

在计算机科学中,子程序(英语:Subroutine, procedure, function, routine, method,
subprogram, callable unit),是一个大型程序中的某部分代码, 由一个或多个语句块组
成。它负责完成某项特定任务,而且相较于其他代码,具备相对的独立性。一般会有输入参数并有返回值,提供对过程的封装和细节的隐藏。这些代码通常被集成为软件库


一、数据类型介绍

  • 前面我们已经学习了基本的内置类型:
符号 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
  • 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:
家族 成员
char unsigned char
char signed char
short unsigned short [int]
short signed short [int]
int unsigned int
int signed int
long unsigned long [int]
long signed long [int]
  • 浮点数家族:
家族 成员
浮点数 float
浮点数 double
  • 构造类型:
家族 成员
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。

二、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?

先来了解下面的概念:

2.1 原码、反码、补码

  • 计算机中的整数有三种2进制表示方法,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”,而数值位正数的原、反、补码都==相同==;负整数的三种表示方法==各不相同==

    1. 原码

直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码

2. 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反码

3. 补码

反码+1就得到补码

  • 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:

在这里插入图片描述

  • 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

  • 什么是大端小端:

    • 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8 bit。但是在C语言中除了8 bitchar之外,还有16 bitshort型,32 bitlong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 16bitshortx ,在内存中的地址为 0x0010x 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ARMDSP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:
#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;
}
输出结果: 在这里插入图片描述

三、浮点型在内存中的存储


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