深度剖析数据在内存中的存储【超详解】

简介: 深度剖析数据在内存中的存储【超详解】

⏳整形在内存中的存储

int a = 20;
int b = -10;

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。

那么这些数字是如何在内存中存储的呢

首先我们来了解一下原码,反码,补码的概念

💊原码、反码、补码


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


对于整型数据来说:数据存放在内存中就是以补码的形式存储的

①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;

②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


但是实际上我们可以看到在编译器的内存窗口中可以看到实际上内存中的数字是以16进制进行展示的

可是而且似乎顺序是反的:

计算可知1234(十进制)所对应的十六进制数为4 D2,但是内存中却存储的是D2 04,这是为什么呢?接下来进行大小端内容的介绍;

💊大小端

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。

如何用一段代码判断当前机器的字节序:

出自百度2015年系统工程师题目:

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

#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;
}

⏳浮点数在内存中的存储

引例:

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;
}

输出的结果:

为什么会这样?

这就要来了解一下浮点数存储规则

首先来了解一下浮点数在内存中存储的

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。

float型:

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

double型:

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

特别注意:

关于M:

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。

关于E:

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

关于E的几种取值情况:

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

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

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)


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