数据的存储

简介: 数据的存储

一、数据类型


整形家族:


char: unsigned char, signed char


short: unsigned short , signed short


int: unsigned int, signed int


long: unsigned long , signed long


浮点型家族:


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.


二、整形在内存中的存储


2.1 原码、反码、补码


原码:把任何数按照正负数的形式写成它的二进制序列就是它的原码。(对于正数和无符号整数,它的原反补码都是相等的)


反码:符号位不变,其他位依次按位取反得到反码。


补码:反码+1得到补码。


(只有负数的原码反码补码需要计算得来,所以反码和补码只对负数而言,因为正数和无符号整数原码反码补码都是一样的,不需要通过计算得来的。)


补充:


1、符号位为0表示正数,为1表示负数。


2、对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码。(因为CPU只能进行加法,而用原码计算得到的结果是不对的,补码计算得到的结果是正确的,具体证明如下图所示)



2.2 大小端介绍


什么是大小端?


大端(存储)模式,是指数据的低 (权值) 位保存在内存的高地址中,而数据的高 (权值) 位,保存在内存的低地址中;


小端(存储)模式,是指数据的低 (权值) 位保存在内存的低地址中,而数据的高 (权值) 位,保存在内存的高地址中。


(口诀:小小小端,其余大端)


2.3几个经典关于内存存储的例子


int main()
{
  char a = -1;
  signed char b = -1;
  unsigned char c = -1;
  printf("a=%d,b=%d,c=%d\n", a, b, c);
  return 0;
}


这个打印的a,b,c是多少呢?让我们来分析一下。



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


这个呢?



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


这个?



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


这个?



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


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


这个?



三、浮点型在内存中的存储


3.1 一个令你惊呆的例子


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;
}


你认为这个代码的结果是多少?



这个答案出乎你的意料吧!!!


那么这是为什么呢?


想要知道这是为什么,就需要我们了解浮点数在内存中的存储规则了。


3.2 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。


举个例子:


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。



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。



IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定。


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。


对于E:


首先,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:


一、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


二、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。


三、E全为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)。


以上就是浮点数的存储规则。


现在就可以很好地解析上面那个例子的结果了。


第一个数据以整数的形式放进去,第二个printf是以浮点型的规则拿出数据并打印出来。


因为9的二进制序列为:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

由于S位后面的8位全为0,即E全为0,所以这个浮点数就写成了:

V=(-1) ^ 0 * 0.00000000000000000001001*2 ^ (-126)=1.001×2^(-146)

这是一个非常小的数字,可以直接认为这个数就是0了,所以第二个printf打印出来的就是0.000000。


第二个数据就是以浮点型的形式存进去,第四个printf是以整形的形式打印出来。


按照浮点数的存储规则:


浮点数9.0等于二进制的1001.0,即1.001×2^3


那么,第一位的符号位s=0,有效数字M等于001后面再加20个0,凑满23位,指数E等于3+127=130,即10000010。


存进去的数据是 0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000


所以第四个printf就是把这个二进制序列以整形的形式打印出来就是1091567616啦!


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