C语言数据的存储详解

简介: C语言数据的存储详解

1.数据类型介绍

1.1基本内置类型

char 字符数据类型 1个字节

short 短整型 2个字节

int 整型 4个字节

long 长整型 4/8个字节

long long 更长的整型 8个字节

float 单精度浮点型 4个字节

double 双精度浮点型 8个字节

这里有个问题:C语言中有字符串类型吗?

答案是没有的,在C语言中字符串是需要放进数组中的。

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。

1.2类型的基本归类

1.2.1整型家族

char

unsigned char

signed char

short

unsigned short [int]

signed short [int]

int

unsigned int

signed int

long

unsigned long [int]

signed long [int]

1.2.2浮点数家族

float、double

1.2.3构造类型

数组类型

结构体类型 struct

枚举类型 enum

联合类型 union

1.2.4指针类型

int*、char*、float*、void*、double*、short*、long*、long long*

1.2.5空类型

void 表示空类型(无类型)

通常应用于:

函数的返回类型:表示函数没有返回值

函数的参数:表示函数不需要传参

指针类型:void*可以接收任意类型的指针,也可以被任何类型的指针接收,但是不能直接解引用,用的时候需要强制类型转换

下面来看看void修饰指针的实例:

7c92c60ec4f4bb6cf6a130323b7b4d04.png

这里将a的地址临时放进void修饰的pa指针变量里,但是因为不知道需要开辟多大空间所以是不能直接解引用的,使用时需要强制类型转换为其他的指针类型才可以使用,而且void类型的指针因为不知道具体步长也是不可以被操作的

73f2d0f9aa1deada828c3641c7fa5d06.png

从这张图就可以看出,void*可以接收任意类型的指针,也可以被任意类型的指针接收

2.整型在内存中的储存

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来决定的,在上面我们已经介绍了基本内置类型的大小这里就不重复了,我们要知道的是数据在内存中的储存是以字节为单位的的,1个字节等于8个比特位

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、补码相同,负数的反码等于符号位不变其他位按位取反,补码等于反码+1

对于整型来说:数据存放在内存中的是补码

这是因为:

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。

2.2大小端字节序介绍

我们先来看一个现象:


256b813b327fd7699503e588a0059eb2.png

这里应该存放的是11 22 33 44呀,为什么会倒着存呢?

这是因为大小端字节序存储模式的差异,下面我就来讲解一下:

大小端字节序就是数据在存储器中的顺序。

大端存储模式: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: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。

高低位和高低地址介绍

e734b53c7639d1d2bb157df271e8ed2f.png

为什么会有大小端:

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。

2.3设计一个小程序来判断当前机器的字节序

这里我们拿1来举例,如果是大端存储则为0000001,如果是小端存储则为01000000,通过观察我们发现只用比较第一个字节即可,为1则是小端,为0则是大端

代码实现:

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

2.4基本内置类型的取值范围

我们拿有符号的char类型来举例:

见图解:

4f13ec5473726c230e2343f48e9f909b.png

想必大家有个疑问,这里的10000000为什么是-128而不是128呢,我们想一下127+1也就是01111111+1为111111110,变成了9个比特位,而char类型是8个比特位的会舍弃最高一位变成10000000补码转变为原码还是10000000,所以C语言规定了10000000为-128

所以char类型的取值范围为:-128~127(-27 ~ 27 -1)。同理,short的取值范围为,-215 ~ 215-1,int类型的取值范围为,-2^31 ~ 231-1。

2.5一些例题

首先我们了解一个知识点:

%u 是打印无符号整形,认为内存中存放的补码对应的是一个无符号数

%d 是打印有符号整形,认为内存中存放的补码对应的是一个有符号数

2.5.1例题一

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;
}
//a=-1,b=-1,c=255

题解:

a1948d0c23e3b91781afdcfca9f52001.png

2.5.2例题二

int main()
{
  char a = -128;
  printf("%u\n", a);
  return 0;
}
//a=4294967168

题解:

cd69eb40858fa3ab98a2175baad3acf3.png

2.5.3例题三

int main()
{
  char a = 128;
  printf("%u\n", a);
  return 0;
}
//a= 4294967168

题解:

43699e4162d299c344544f77369db08e.png

2.5.4例题四

int main()
{
  int i = -20;
  unsigned int j = 10;
  printf("%d\n", i + j);
  return 0;
}
//i+j=-10

题解:

4044ce537d1485ea10c6312b7c59694c.png

2.5.5例题五

int main()
{
  unsigned int i;
  for(i = 9; i >= 0; i--)
  {
    printf("%u\n", i);
  }
  return 0;
}
//死循环

题解:

e43d108c4248d9d63baf48f0dc45959b.png

2.5.6例题六

int main()
{
  char a[1000];
  int i;
  for (i = 0; i < 1000; i++)
  {
    a[i] = -1 - i;
  }
  printf("%d", strlen(a));
  return 0;
}
//strlen(a)=255

题解:

85c6a2d2aadd2ac1079b9e5b6bf145f0.png

2.5.7例题七

unsigned char i = 0;
int main()
{
  for (i = 0; i <= 255; i++)
  {
    printf("hello world\n");
  }
  return 0;
}
//死循环

题解:

4842d068df9a333be0aa73bb77bef2dc.png

总结:

1.存放和取出数数据时注意观察数据类型是否发生变化,判断是否会发生截断或整型提升

2.读取打印数据时注意观察打印格式(%d/%u)

3.浮点型在内存中的存储

我们先来看一个栗子:

557a5fbdf279ec37815119c1556ffefa.png

这里输出的内容是不是有点没想到,为什么会这样呢?

我们来讲解一下浮点型在内存中的存储规则就明白了

3.1浮点数的存储规则

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。

我们拿十进制数6.5来讲解一下到底怎么计算S、M、N:

6e8874f1fb4ab23e40f5ae1dec3ddce7.png

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。


fd305558fa011830705397f411367d53.png

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。

99ac5953e3b9eedd7fd5043ade2f5c0e.png

3.2IEEE 754对有效数字M和指数E的特别规定

3.2.1有效数字M的特别规定

前面说过, 1≤M<2 ,也就是说,M可以写成 1.xxxxxx 的形式,其中xxxxxx表示小数部分。IEEE 754规定,在计算机内部保存M时,默认这个数的第一位总是1,因此可以被舍去,只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的时候,只保存01,等到读取的时候,再把第一位的1加上去。这样做的目的,是节省1位有效数字。以32位浮点数为例,留给M只有23位,将第一位的1舍去以后,等于可以保存24位有效数字。

3.2.2指数E的特别规定

E为一个无符号整数(unsigned int)

这意味着,如果E为8位,它的取值范围为0->255;如果E为11位,它的取值范围为0->2047。但是,我们知道,科学计数法中的E是可以出现负数的,所以IEEE 754规定,存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数,对于8位的E,这个中间数是127;对于11位的E,这个中间数是1023。比如,2^10的E是10,所以保存成32位浮点数时,必须保存成10+127=137,即10001001。

然后,指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:

1.E不全为0或不全为1

这时,浮点数就采用下面的规则表示,即指数E的计算值减去127(或1023),得到真实值,再将有效数字M前加上第一位的1。比如:0.5(1/2)的二进制形式为0.1,由于规定正数部分必须为1,即将小数点右移1位,则为1.0*2^(-1),其阶码为-1+127=126,表示为01111110,而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位00000000000000000000000,则其二进制表示形式为:0 01111110 00000000000000000000000

2.E全为0

这时,浮点数的指数E等于1-127(或者1-1023)即为真实值,有效数字M不再加上第一位的1,而是还原为0.xxxxxx的小数。这样做是为了表示±0,以及接近于0的很小的数字。

3.E为全1

这时,如果有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位s)

知道了这些我们就可以再战上面的题目了

3.3题目解析

#include<stdio.h>
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;
}

图解:

4f34540555ca08cb71ce568fcc81d130.png

好了这次的内容到这儿就结束,真的干货满满!希望大家慢慢品味,对友友们有帮助的话不妨关注三连支持一下,后期会持续更新C语言干货!

目录
相关文章
|
2月前
|
存储 编译器 C语言
C语言存储类详解
在 C 语言中,存储类定义了变量的生命周期、作用域和可见性。主要包括:`auto`(默认存储类,块级作用域),`register`(建议存储在寄存器中,作用域同 `auto`,不可取地址),`static`(生命周期贯穿整个程序,局部静态变量在函数间保持值,全局静态变量限于本文件),`extern`(声明变量在其他文件中定义,允许跨文件访问)。此外,`typedef` 用于定义新数据类型名称,提升代码可读性。 示例代码展示了不同存储类变量的使用方式,通过两次调用 `function()` 函数,观察静态变量 `b` 的变化。合理选择存储类可以优化程序性能和内存使用。
149 82
|
20天前
|
存储 C语言 C++
深入C语言,发现多样的数据之枚举和联合体
深入C语言,发现多样的数据之枚举和联合体
深入C语言,发现多样的数据之枚举和联合体
|
20天前
|
存储 C语言
深入C语言内存:数据在内存中的存储
深入C语言内存:数据在内存中的存储
|
21天前
|
C语言
回溯入门题,数据所有排列方式(c语言)
回溯入门题,数据所有排列方式(c语言)
|
2月前
|
存储 人工智能 C语言
数据结构基础详解(C语言): 栈的括号匹配(实战)与栈的表达式求值&&特殊矩阵的压缩存储
本文首先介绍了栈的应用之一——括号匹配,利用栈的特性实现左右括号的匹配检测。接着详细描述了南京理工大学的一道编程题,要求判断输入字符串中的括号是否正确匹配,并给出了完整的代码示例。此外,还探讨了栈在表达式求值中的应用,包括中缀、后缀和前缀表达式的转换与计算方法。最后,文章介绍了矩阵的压缩存储技术,涵盖对称矩阵、三角矩阵及稀疏矩阵的不同压缩存储策略,提高存储效率。
286 8
|
26天前
|
存储 C语言
C语言中的浮点数存储:深入探讨
C语言中的浮点数存储:深入探讨
|
2月前
|
存储 算法 C语言
数据结构基础详解(C语言): 二叉树的遍历_线索二叉树_树的存储结构_树与森林详解
本文从二叉树遍历入手,详细介绍了先序、中序和后序遍历方法,并探讨了如何构建二叉树及线索二叉树的概念。接着,文章讲解了树和森林的存储结构,特别是如何将树与森林转换为二叉树形式,以便利用二叉树的遍历方法。最后,讨论了树和森林的遍历算法,包括先根、后根和层次遍历。通过这些内容,读者可以全面了解二叉树及其相关概念。
|
2月前
|
存储 机器学习/深度学习 C语言
数据结构基础详解(C语言): 树与二叉树的基本类型与存储结构详解
本文介绍了树和二叉树的基本概念及性质。树是由节点组成的层次结构,其中节点的度为其分支数量,树的度为树中最大节点度数。二叉树是一种特殊的树,其节点最多有两个子节点,具有多种性质,如叶子节点数与度为2的节点数之间的关系。此外,还介绍了二叉树的不同形态,包括满二叉树、完全二叉树、二叉排序树和平衡二叉树,并探讨了二叉树的顺序存储和链式存储结构。
|
2月前
|
C语言
C语言程序设计核心详解 第二章:数据与数据类型 4种常量详解 常见表达式详解
本文详细介绍了C语言中的数据与数据类型,包括常量、变量、表达式和函数等内容。常量分为整型、实型、字符型和字符串常量,其中整型常量有十进制、八进制和十六进制三种形式;实型常量包括小数和指数形式;字符型常量涵盖常规字符、转义字符及八进制、十六进制形式;字符串常量由双引号括起。变量遵循先定义后使用的规则,并需遵守命名规范。函数分为标准函数和自定义函数,如`sqrt()`和`abs()`。表达式涉及算术、赋值、自增自减和逗号运算符等,需注意运算符的优先级和结合性。文章还介绍了强制类型转换及隐式转换的概念。
|
2月前
|
存储 算法 C语言
C语言手撕数据结构代码_顺序表_静态存储_动态存储
本文介绍了基于静态和动态存储的顺序表操作实现,涵盖创建、删除、插入、合并、求交集与差集、逆置及循环移动等常见操作。通过详细的C语言代码示例,展示了如何高效地处理顺序表数据结构的各种问题。