【C语言】数据的存储(一)

简介: 【C语言】数据的存储

一、数据类型详细介绍

1.1 基本的数据类型

以下为C语言的几种常见类型

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1.2 整型家族

char存储的是字符,但本质存储和表示的是其字符所对应的ASCII码值,ASCII码值属于整数,所以char也属于整数。

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我们知道对于数值,如“10”、“-10”,数值有正负,数值是有符号的,比如说温度,是有正数也是有负数的,我们可以用unsigned int 来存储数值,比如说年龄,没有负数的概念,我们就可以用signed int来存储。


我们平时默认写的short 、int 、long,前面其实省略了signed,这个signed可添加可不添加,表示的都是有符号。需要注意的是,对于char类型来说,不一定省略的都是signed,需要根据编译器确定,一般情况下,属于signed的。


1.3 构造类型

也称自定义类型


image.png

image.png

1.4 指针类型

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1.5 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。


二、整型在内存中的存储

我们在初阶部分就已经知道,变量的创建是需要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型来决定的。内存中存放的数据是以二进制的形式表示。


那么整数在内存中是如何存储的,我们就需要引入原码、反码、补码的概念,


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(最高位)都是用0表示“正”,用1表示“负”。其余位数均为数值位。

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

#include<stdio.h>
int main()
{
  int a = 10;
  // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 原码
  // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 反码
  // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 补码
  int b = -10;
  // 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 原码
  // 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101 反码
  // 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 补码
  return 0;
}

那么整型存放在内存中是以什么码的形式进行存储的呢?


正数并不好观察,所以我们考虑观察一个负数,我们取出变量b的地址,观察是以小端字节序的形式显示,什么是小端,后面会讲到,这里暂且理解为倒着存放,即将补码化为十六进制后的数据ff ff ff f6与内存中的数据吻合,所以,我们有结论,整数数据在内存中存放的是补码。

image.png

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。


三、大小端字节序

为何叫字节序?是因为将内存的数据以字节为单位进行存储。


大端字节序(Big-Endian)将数据的低位字节存放在内存的高位地址,高位字节存放在低位地址。这种排列方式与数据用字节表示时的书写顺序一致,符合人类的阅读习惯。

小端字节序(Little-Endian),将一个多位数的低位放在较小的地址处,高位放在较大的地址处。小端字节序与人类的阅读习惯相反,但更符合计算机读取内存的方式,因为CPU读取内存中的数据时,是从低地址向高地址方向进行读取的。

3.1概念

简单理解,


大端字节序(存储模式),是指数据的低位保存在内存的高地址处,而数据的高位保存在内存的低地址处;

小端字节序(存储模式),是指数据的低位保存在内存的低地址处,而数据的高位保存在内存的高地址处。

image.png

为什么会有大端小端呢?


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。


3.2 笔试题

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)

如何设计一段代码来判断机器的大小端呢?


思路:我们拿最简单的数字1进行判断,数字1存放在内存中转换为十六进制位0x000001,若在小端模式中,则以“01 00 00 00”的形式进行存储,若在大端模式中,则以“00 00 00 01”的形式进行存储。通过观察,我们会发现,其区别是第一个字节为1还是0,我们就可以确定机器是大端存储还是小端存储。于是我们可以想到通过指针来访问,取地址访问的是四个字节,那么什么类型的指针可以访问1个字节的数据呢,当然是char*类型的指针,将拿到的地址强制转换成char*。再通过指针解引用结果是1那么断定是小端,结果是0就是大端了。

image.png

代码1:

#include<stdio.h>
int main()
{
  int a = 1;
  char* p = (char*)&a;
  if (*p == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}

优化代码,封装成函数

#include <stdio.h>
//大端返回0
//小端返回1
int check_sys()
{
  int i = 1;
  return (*(char*)&i);//强制类型转换后解引用
}
int main()
{
  int ret = check_sys();
  if (ret == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}


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