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;
}
相关文章
|
安全 C语言
C语言中的字符、字符串及内存操作函数详细讲解
通过这些函数的正确使用,可以有效管理字符串和内存操作,它们是C语言编程中不可或缺的工具。
627 15
|
存储 编译器 程序员
【C语言】内存布局大揭秘 ! -《堆、栈和你从未听说过的内存角落》
在C语言中,内存布局是程序运行时非常重要的概念。内存布局直接影响程序的性能、稳定性和安全性。理解C程序的内存布局,有助于编写更高效和可靠的代码。本文将详细介绍C程序的内存布局,包括代码段、数据段、堆、栈等部分,并提供相关的示例和应用。
1029 5
【C语言】内存布局大揭秘 ! -《堆、栈和你从未听说过的内存角落》
|
消息中间件 存储 缓存
kafka 的数据是放在磁盘上还是内存上,为什么速度会快?
Kafka的数据存储机制通过将数据同时写入磁盘和内存,确保高吞吐量与持久性。其日志文件按主题和分区组织,使用预写日志(WAL)保证数据持久性,并借助操作系统的页缓存加速读取。Kafka采用顺序I/O、零拷贝技术和批量处理优化性能,支持分区分段以实现并行处理。示例代码展示了如何使用KafkaProducer发送消息。
|
存储 缓存 算法
【C语言】内存管理函数详细讲解
在C语言编程中,内存管理是至关重要的。动态内存分配函数允许程序在运行时请求和释放内存,这对于处理不确定大小的数据结构至关重要。以下是C语言内存管理函数的详细讲解,包括每个函数的功能、标准格式、示例代码、代码解释及其输出。
757 6
|
大数据 C语言
C 语言动态内存分配 —— 灵活掌控内存资源
C语言动态内存分配使程序在运行时灵活管理内存资源,通过malloc、calloc、realloc和free等函数实现内存的申请与释放,提高内存使用效率,适应不同应用场景需求。
|
传感器 人工智能 物联网
C 语言在计算机科学中尤其在硬件交互方面占据重要地位。本文探讨了 C 语言与硬件交互的主要方法,包括直接访问硬件寄存器、中断处理、I/O 端口操作、内存映射 I/O 和设备驱动程序开发
C 语言在计算机科学中尤其在硬件交互方面占据重要地位。本文探讨了 C 语言与硬件交互的主要方法,包括直接访问硬件寄存器、中断处理、I/O 端口操作、内存映射 I/O 和设备驱动程序开发,以及面临的挑战和未来趋势,旨在帮助读者深入了解并掌握这些关键技术。
608 6
|
存储 算法 程序员
C 语言指针详解 —— 内存操控的魔法棒
《C 语言指针详解》深入浅出地讲解了指针的概念、使用方法及其在内存操作中的重要作用,被誉为程序员手中的“内存操控魔法棒”。本书适合C语言初学者及希望深化理解指针机制的开发者阅读。
|
存储 C语言 计算机视觉
在C语言中指针数组和数组指针在动态内存分配中的应用
在C语言中,指针数组和数组指针均可用于动态内存分配。指针数组是数组的每个元素都是指针,可用于指向多个动态分配的内存块;数组指针则指向一个数组,可动态分配和管理大型数据结构。两者结合使用,灵活高效地管理内存。
|
并行计算 算法 测试技术
C语言因高效灵活被广泛应用于软件开发。本文探讨了优化C语言程序性能的策略,涵盖算法优化、代码结构优化、内存管理优化、编译器优化、数据结构优化、并行计算优化及性能测试与分析七个方面
C语言因高效灵活被广泛应用于软件开发。本文探讨了优化C语言程序性能的策略,涵盖算法优化、代码结构优化、内存管理优化、编译器优化、数据结构优化、并行计算优化及性能测试与分析七个方面,旨在通过综合策略提升程序性能,满足实际需求。
830 1
|
程序员 C语言 C++
【C语言基础】:动态内存管理(含经典笔试题分析)-2
【C语言基础】:动态内存管理(含经典笔试题分析)