一、数据类型
1.基本类型
char —字符数据类型
short —短整型
int —整形
long —长整型
long long —更长的整形
float —单精度浮点数
double —双精度浮点数
这些都是C语言中基本的内置类型。
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)
char类型占一个字节
int类型占4个字节
2.如何看待内存空间的视角
2.基本归类
(1)整型家族
所谓整型,其实就是以数字的形式出现的,基本包括如下几种:
1.char
unsigned char
signed char
2.short
unsigned short
signed short
3.int
unsigned int
signed int
4.long
unsigned long
signed long
是不是有点疑惑,char明明是字符类型,为什么也会归为整型家族一类呢,请看分解:char确实是字符类型,但他在内存中是以ASSIC码的形式存储的,而ASSIC码是数字(也就是整数),所以char也被归为了整型。
unsigned和signed
unsigned—无符号
signed—有符号
在编写代码时,如果前面加上unsigned,表示这个数字是没有符号的,其中,如果什么都没有加,那么
int a = 0;就相当于signed int a = 0; short a = 0;就相当于 signed short a = 0; long a = 0;就相当于 signed long a = 0;
但是
char b = 0;不一定就是 signed char b = 0;//在不同编译器下,它的形式也是不一样的
(2)浮点数家族
float
double
(3)构造类型
数组类型
int arr[5];//数组arr的类型为int [5]
char arr[4];//数组arr的类型为char [4]
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union
(4)指针类型
int*
char*
float*
void*
(5)空类型
void
用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型
二、整型在数据中的存储
一个变量的创建需要在内存中开辟空间,而空间的大小是根据不同的类型决定的,接下来要理解的是数据在所开辟的内存中是如何存储的。
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、补码都相同
负整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
同时,要想由补码得到原码也可以是取反后+1得到,也可以是-1后取反得到。
一个整型在内存中存放的就是这个整数的补码:
int main() { int a = 10;//原码:00000000 00000000 00000000 00001010 //16进制显示为:00 00 00 0a int b = -10;//原码:10000000 00000000 00000000 00001010 //反码:11111111 11111111 11111111 11110101 //补码:11111111 11111111 11111111 11110110 //16进制:ff ff ff f6 return 0; }
我们可以通过看到整数在内存中的具体存储方式,我们看到的是以16进制显示的数,可以看出数字是倒着存放的,为什么是倒着存放的呢,这就要引入大小端的概念了
2.大小端介绍
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。
接下来写一段代码来判断当前机器的大小端模式
#include <stdio.h> int check() { int i = 1;//原码:00000000000000000000000000000001 //按一个字节取出,发生截断:0000 0001,16进制显示:01 return (*(char*)&i);//对i取地址强制类型转换为char*解引用按1个字节取出 //若返回为1,则为小端字节序 //返回为0,为大端字节序 } int main() { int ret = check(); if (ret == 1) { printf("小端\n"); } else { printf("大端\n"); } return 0; }
我们看一段代码:
//输出什么? #include <stdio.h> 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; }
首先,我们看到a的类型是char,char在内存中只占4个字节,所以a在内存中的存储是:
-1的原码:10000000000000000000000000000001
-1的反码:1111111111111111111111111111111111110
-1的补码:1111111111111111111111111111111111111
a
a是char型的,只占1个字节
所以a要发生截断
a的补码:11111111
而a以%d的形式,即按整型打印,需要将a整型提升转为原码
先将a的补码补够32个字节,即11111111111111111111111111111111为a的补码
所以a的原码还是10000000000000000000000000000001即-1
b
b是signed char类型的,在内存中存储的同样是11111111
b同样是以%d形式打印的,跟a一样需要整型提升后转为原码
所以b的原码也是10000000000000000000000000000001即-1
c
c的类型是unsigned char
c的补码:11111111
由于c是无符号的,所以c的原码、反码、补码相同
补够32位即00000000000000000000000011111111
它的原码也是00000000000000000000000011111111即255
代码结果:
第二段代码:
#include <stdio.h> int main() { char a = -128; printf("%u\n", a); return 0; }
-128的原码:10000000000000000000010000000
-128的反码:111111111111111111111111011111111
-128的补码:11111111111111111111111100000000
a
由于a是char类型的,所以需要发生截断
a的补码:10000000
打印时是以%u的形式打印,也就是无符号打印
先将10000000前补0补全32位,即00000000000000000000000010000000
所以a的补码为:00000000000000000000000010000000
取反:11111111111111111111111101111111由于打印是无符号打印的,所以没有符号位直接取反
原码:11111111111111111111111110000000
所以打印出的结果即4294967168
代码结果:
三、浮点型在数据中的存储
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。
单精度浮点类型:
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
双精度浮点类型:
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,只保存后面的小数部分
比如保存1.01时,仅保存01即可
至于指数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。
当E从内存中取出时还可分为三种情况:
1.E不全为0或不全为1:
将指数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
2.E全为0:
浮点数的指数E等于1-127(或者1-1023)即为真实值,
此时有效数字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)
2.解释代码
我们来看一段代码:
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的值:可以看出,n按整型存储,再按整型取出应还为9
第一个*pFloat的值:
首先,将 0x00000009 拆分,得到第一位符号位s=0,后面8位的指数 E=00000000,最后23位的有效数字M=00000000000000000001001,
所以浮点数为(-1) ^ 0 × 0.00000000000000000001001×2 ^ (-126)=1.001×2^(-146)
这个数非常小,接近于0,所以打印出来结果就是0.000000
而pFloat中存放的是n强制类型转换为float*后的地址,*pFloat是将它解引用,然后打印是按照%d方式打印;
9.0的二进制表示为:1001.0,按规则即为:(-1)^ 01.0012 ^ 3
此即:S=0,M=1.001,E=3+127=130
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
写成二进制形式,应该是s+E+M即01000001000100000000000000000000
十进制形式就是:1091567616 即num的值
第二个*pFloat的值:
由于pFloat解引用后再赋值9.0,此时9.0是以float类型存放的,又要以float形式拿出,所以拿出来仍是9.0
最终结果: