C语言---深度剖析数据在内存中的存储---(附源码 | 建议收藏)

简介: C语言---深度剖析数据在内存中的存储---(附源码 | 建议收藏)

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前言

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好久没更新了,主要最近事情很多,非常忙,直到今天才给大家更新出来第一篇博客---==深度刨析数据在内存中的存储==

   本节学习的重点:

  • [ ] 1. 数据类型详细介绍

    • [ ] 2. 整形在内存中的存储:原码、反码、补码
    • [ ] 3. 大小端字节序介绍及判断
    • [ ] 4. 浮点型在内存中的存储解析

一、数据类型介绍

之前的学习过程当中我们认识了许多的==数据类型==以及他们==所占存储空间的大小==,例如:

char        //字符数据类型 1个字节
short       //短整型    2个字节
int         //整形 4个字节
long        //长整型 4个字节
long long   //更长的整形 8个字节
float       //单精度浮点数 
double      //双精度浮点数

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
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。

所以数据到底是怎么存储的呢?
所以就给大家介绍一下数据的存储

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==

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。

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。

补码
反码+1就得到补码。

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对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码。
在这里插入图片描述
对于这段代码进行分析:

#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 20;
    int b = -10;
    return 0;
}

根据vs2019的调试发现:a在内存中的存储是:14 00 00 00
         发现:b在内存中的存储是: f6 ff ff ff

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?
下面就介绍大小端的知识点。

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。

下面设计一些程序来实现大小端的判断:

思路:
在这里插入图片描述
设计方案一:

#include<stdio.h>
int main()
{
    int a=1;
    //分析:00000000000000000000000000000001 - 正数的原,反,补是一样的
    //写成16进制数字---小端存储:0x 01 00 00 00
    //写成16进制数字---大端存储:0x 00 00 00 01
    //所以:判断机器是大端存储还是小端存储,只需要看第一个数字是1还是0.
    char *p=(char *)&a;
    if(*p==1)
    {
        printf("小端存储\n");
    }
    else printf("大端存储\n");
    
    
    return 0;
} 

图示:
在这里插入图片描述
设计方案二:

#include<stdio.h>

int check()
{
    int i=1;
    return (*(char *)&i);
}

int main()
{
    
    int ret=check();
    
    if(ret==1) printf("小端存储\n");
    else printf("大端存储\n");
    
    return 0;
} 

图示:
在这里插入图片描述

三、练习巩固

练习1.

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;
}

下面就是我的分析

首先看到了char a=-1;
所以就是:

1.先写出-1的原,反,补
  1000000000000000000000000000001 - 原码
  1111111111111111111111111111110 - 反码
  1111111111111111111111111111111 - 补码

2.放到了char 的类型当中,所以不难想到要进行截断操作
  11111111 - a 

3.发现a是以%d的形式进行打印的:
  所以对a进行整形提升:
      对于整形提升我又有一些知识想讲:
      -1.对于有符号数是补符号位.
      -2.对于无符号数是补0. 
4.所以:1111111111111111111111111111111 - a - 补码
        所以printf 为-1; 
同理:b也一样-1

对于c的分析:
10000000000000000000000000000001 - -1的原码
11111111111111111111111111111110 - -1的反码
11111111111111111111111111111111 - -1的补码
00000000000000000000000011111111 - 截断后按照无符号数
进行整形提升
所以打印就是255

在这里插入图片描述
练习2.

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

下面就是我的分析

    10000000000000000000000010000000
    11111111111111111111111101111111 -128的反码 
    11111111111111111111111110000000 -128的补码
    10000000 - a --截断 
    11111111111111111111111110000000 -整形提升 
答案:4294967168

第三题:

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

下面就是我的分析

答案与上一个题目一模一样。
在这里插入图片描述
第四道题:

4.
#include <stdio.h>
int main()
{
    int i= -20;
    unsigned  int  j = 10;
    printf("%d\n", i+j);
    return 0;
}

下面就是我的分析在这里插入图片描述
第五道题:

5.
unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
    printf("%u\n",i);
}

下面就是我的分析

无符号数一定大于等于0.

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第六道题目:

6.
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
   {
        a[i] = -1-i;
   }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0;
}

下面就是我的分析

在这里插入图片描述
第七道题:

7.
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
    for(i = 0;i<=255;i++)
   {
        printf("hello world\n");
   }
    return 0;
}

下面就是我的分析

unsigned char 类型的范围是0~255所以就是死循环打印。

四、 浮点型在内存中的存储

4.1 浮点数存储规则

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。

这里我认为大家可以把浮点数的存储作为一个了解即可,其实目前用处并没有整形用处大

总结

  写到这里,深度剖析数据在内存中的存储算是讲完了,但是奈不住我讲的不好或者同学们没听懂,我的建议是给我提意见或者仔细多看几遍,这样才能学明白数据的内存存储

  我是夏目浅石,希望和你一起学习进步,刷题无数!!!希望各位大佬==能一键三连==支持一下博主,hhhh~我们下期见喽
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