数据的存储

简介: 数据的存储

从本章开始就开始讲解c语言的进阶了,后面有些部分比较难理解,我会尽可能讲仔细。


1. 数据类型介绍


前面我们已经学习了基本的内置类型:


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


//C语言有没有字符串类型?

答案是没有的,我们只能用字符数组去存储字符串。


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

我们来将这些类型分分类。


1.2.类型的基本归类


1.整型:

char

short                        int

long                         long long


是不是很好奇,为什么连char类型也要归为整型类?


原因在于:char类型我们在内存中的存储是以ASCII码值存储的,而ASCII码对应的又是整数,故此我们将char类型归为整型类型。


另外整型又分为无符号整型和有符号整型:


unsigned  和  signed  


unsigned 叫做无符号类型,被unsigned修饰的没有负数,都默认为整数。


signed 叫做有符号类型,被signed修饰的分正负号,默认的是有符号整型。


2.浮点型


float

double

float为单精度,double为双精度,二者区别在于double的精度大于float。


3.构造类型


> 数组类型

> 结构体类型 struct

> 枚举类型 enum

> 联合类型 union


4.指针类型


int *pi;

char *pc;

float* pf;

void* pv;


5.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?

例如:


int a= 10;

int b=20;


int a分配了四个字节,那究竟是如何分配的呢?

我们必须了解几个概念


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1为负数,零位整数。、


数值位又要区分正负数:


正数的数值位原码,反码,补码都一样,


负数的数值位要将原码转成补码操作如下:


1.先将整数转化为二进制,也就是我们所说的原码。                2.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.在补码的基础上+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。


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。



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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。


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 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。


如何判断计算机是如何存储的呢?

代码示例:

#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;
}

3. 浮点型在内存中的存储


常见的浮点数:

3.14159

1E10

浮点数家族包括: float、double、long double 类型。

浮点数表示的范围:float.h中定义。

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;
}

这个例子的结果又是多少呢?



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由此可见,浮点型在内存中的存储肯定与整型不同。


3.1.浮点数存储规则


num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数,为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大?

要理解这个结果,一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。

详细解读:

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


举例来说:

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


IEEE 754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。


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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


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