内存中的数据存储(一看就“费”)

简介: 内存中的数据存储(一看就“费”)

1.数据类型

内置的数据类型:


       char         // 字符数据类型  //1个字节

       short       //短整型        //2个字节

       int         //整形             //3个字节

       long         //长整型        

       long long   // 更长的整形  //8个字节

       float       // 单精度浮点数  //4个字节

       double       // 双精度浮点数  //8个字节

       //C语言没有字符串类型

关于long,c99规定:sizeof(long)>=sizeof(int)


在32为位操作系统中,long == 4,在64位操作系统中,long == 8,具体取决于编译器和操作系统的差异


1.1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类型基本归类:

整型家族:


//unsigned 是无符号数,最高位按照正常数来计算

//signed 是有符号数,最高位是符号位

char  //因为字符在内存中存储的是ASCII码值,所以char属于整型

unsigned char

signed char

short

unsigned short [ int ]

signed short [ int ]

int

unsigned int

signed int

long

unsigned long [ int ]

signed long [ int ]

long long

unsigned long   long [ int ]

signed long long [ int ]


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浮点家族:


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

2.整型在内存中的存储:

       变量的创建是要在内存中开辟空间的,开辟空间的大小取决于变量的类型

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 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 ”

正数的原、反、补码都相同,负数的则原、反、补码各不相同

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。

对于整形来说:数据存放内存中存放的是补码:

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。

整型数据在内存中是以补码的形似存储的,举个例子为什么要这样

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 2.2大小端的的存储模式

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数据以补码存储,但是会发现这个顺序会和我们想的不一样,这就涉及到大端与小端存储的方式差异

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。

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判断当前机器的字节序:

int chek_sys()
{
  union
  {
    int a;
    char b;
  }un;
  un.a = 1;
  return un.b;
}
int main()
{
  int ret = chek_sys();
  if (ret == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}

以下是一个字节能存储的数值有符号和无符号的区别:e0ca6324a77c4de2a5929d382a9eed7b.png

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3.浮点型在内存中的存储

小数都是可以使用科学计数法来表示的:

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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。

例如:

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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IEEE 754 对有效数字 M 和指数 E ,还有一些特别规定:

M: 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。

E: E是一个 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。

指数E从内存中取出会出现3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 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 )

一般来说2和3的情况我们是不做讨论的,因为一旦是2或3这种情况,结果要么是无穷大,要么是接近0的无穷小数值

举个例子来巩固:

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本期就到此为止,感谢观看,如有不足还望指出,您的建议是笔者前进的动力


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