【C语言进阶】深度剖析数据在内存中的存储

简介: 【C语言进阶】深度剖析数据在内存中的存储



一、数据类型的介绍

基本的内置类型--C语言本身具有的

char 字符型
short 短整型
int 整型
long 长整型
long  long 更长的整型
float 单精度浮点型
double 双精度浮点型
#include <limits.h>
//这个头文件限定了数据类型的最大值和最小值
int main()
{
    INT_MAX:        //右键,转到定义
    return 0;
}

1.1类型的基本分类

整形:

char

       unsigned char

       signed char

short

       unsigned short [int]

       signed short [int]

int

       unsigned int

       signed int

long

       unsigned long [int]

       signed long [int]

说明:字符存储的时候,存储的是ASCII码值,是整型,所以归类的时候放在整型家族。

对于整整型来说,类型有有符号和无符号的区分

char  是signed char 还是unsigned char 不确定

short==signed short

int==signed int

有符号和无符号表示的数值范围

浮点型

       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、整型在内存中的存储

我们知道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。

例如:int a = 10;就是在内存中开辟了4个字节的空间,那么它是如何存储的呢?我们要了解下面的概念:

2.1原码、反码、补码

整型数据的二进制表示形式有3种:原码、反码、补码

三种表示方法均有符号位数值位两部分,最高位是符号位,符号位是用0表示“正”,用1表示“负”,数值位正数的原、反、补码都相同,负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。

例如:

对于整形来说:数据存放内存中存放的是补码

2.2大小端介绍

什么大端小端:

大端存储模式,是指数据的保存在内存的地址中,而数据的保存在内存的地址

小端存储模式,是指数据的保存在内存的地址中,而数据的保存在内存的地址

字节序 ---  是以字节为单位,讨论存储顺序的

如图可以看到低位存放在了低地址处,高位存放在高地址处,所以是小端存储

例: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 a = 1;
  return *((char*)&a);
}
int main()
{
  int ret = Check_sys();
  if (ret == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}

我们得到第一个字节的数,就可以判断出是大端存储还是小端存储。我们通过&a得到a的地址,但a的地址是int*类型,解引用会访问四个字节,所以我们要强制类型转换(char*)&a

三、浮点型在内存中的存储

我们先通过一个例子观察浮点型存储和整型存储

#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;
}

n*float在内存中是同一个数,浮点数和整数的编译结果有很大的差距,这说明浮点型的存储规则与整型的存储规则不同。 接下来就带大家学习浮点型的存储规则。

3.1浮点数存储的规则

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:

  • V=(-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5.5,写成二进制是101.1,相当于(-1)^0*1.011*2^2

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也有一些规定

前面说过, 1≤M<2 ,也就是说,M可以写成 1.xxxxx的形式,其中xxxxx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,只需要存储这个数的小数位,这样可以节省1位有效数字,扩大存储数据的范围。等到读取时,把一加上就可以了。

指数E为一个无符号整数(unsigned int)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,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。

例如:

指数E从内存中取出分为三种情况:

E不全为0或不全为1

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。

E全为0

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

如果有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位s)

讲到这里我们就可以解释第一道例题了

 

本次的内容到这里就结束啦。希望大家阅读完可以有所收获,同时也感谢各位读者的支持。文章有问题可以在评论区留言,博主一定认真认真修改,以后写出更好的文章。  

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