数据存储,详细讲解

简介: 数据存储,详细讲解

💜数据类型的介绍:

1.内置类型:

char        //字符数据类型(1)      
short       //短整型(2)           
int         //整形 (4)       
long        //长整型(4\8)                  
long long   //更长的整形(8)
float       //单精度浮点数(4)
double      //双精度浮点数(8)

注意:这里long在32位机器上占4个字节,64位机器占8字节。

2.自定义类型:

数组类型
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union

3.指针类型:

int* pi;
char* pc;
float* pf;
void* pv;

4.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。

💙整形的内存存储

  • 我们时常思考数据在内存如何存储,或者说已什么存在,在这里讲给你答案。
例如:
int a = 10;
int b = -10;
//究竟是如何存储的呢?
  • 其实,我们在前文也讲到过,计算机是以地址线的高电压和低电压(就是1或者0)存储信息,所以我们把它运用为二进制,一个正数有三种形式原码、反码、补码。

三码(原码、反码、补码)

  • 原码: 按照一个数的正负,直接写出它的二进制表示形式得到的就是原码----->我们人类的计数常用
  • 反码: 是原码的符号位不变,其他位按位取反,就是反码----->中间过度码
  • 补码: 是反码+1----->计算机内存存储

小贴士:

  • 由于二进制要表示一个四字节的整数,所以会有32位,不方便观看,常常转换为十六进制进行展示(补码),进制转换链接放这里,需要就自取哈---->《 进制转换,详解
  • 为什么整形数据存放是补码呢?
    答: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,补码和原码相互转换,其运算过程是相同的,不需要额外的硬件电路。都是取反,加一。加法运算的演示:
 10----->00000000 00000000 00000000 00001010----补码
-10----->111111111 111111111 111111111 11110110-----补码
 10  + (-10) =  1 00000000 00000000 00000000 00000000;
//但整数只取32位,所以从右向左取32位,则最后的和为0;

正负整数三码原则:

  • 正数 正数的原码、反码、补码是相同的
  • 负数 负数的原码、反码、补码要经过计算的

在有了上述知识后,我们就正式进入整数存储:

  • 一个sighed int类型(有符号整形)四个字节,也就是32个比特位
  • 符号位:也就是第一个比特位,若为1,则代表着整数为负数,为0,则表示为正数;
  • 所能表示最大范围:-231~~231-1

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,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,而数据的高位,保存在内存的高地址中;
  • 大小端存储相当于一个顺序的关系在里面。

举个例子:

609225b1fe65e99dcbe3d3c3a0f27685_3ba5cef3ac2c409492d93e9f6a2b1f49.png

百度面试题:

  • 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的机械的字节序。
  • 代码:
#include<stdio.h>

int main()
{
  int i = 1;
  //补码16进制 00 00 00 01;
  char* p = (char*)&i;
  //这里采用char*指针来鉴别;
  //分析:
  //如果为大端存储,则存储补码为:00 00 00 01;
  //如果为小端存储,则存储补码为:01 00 00 00;
  //我们通过第一个字节也就可以发现并且证明两者。
  //所以我们强制把i的地址转换为char类型,一个字节;
  //再用char*指针来访问看它的值,如下:
  if (*p == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  if (*p == 0)
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}

💛浮点数的存储

先来看个栗子:

  #inxlude<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;
  }

运行结果:

和你自己心中的结果一样吗?我们来慢慢学习,探究它的原因!

根据国际标准IEEE(电器和电子工程协会)754,任意一个二进制浮点数v可以表示为线面的形式:

  • (-1)^S * M * 2^E
  • (-1)^S表示符号位,当S=0,V为正数;当S=1时,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。

float类型:

根据IEEE 754规定,对于32位浮点数,最高位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类型:

根据IEEE 754规定,对于64位浮点数,最高位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的特别规定:


------>放入<------

  • IEEE 754对M的规定:
  • 我们在看前面的标准时可以发现,一个小数会先用科学计数法表示(1<=M<=2),表示为1.xxxxxx的形式。在内存中二进制表示的话,整数部分一定为1,所以**IEEE 754规定:**在计算机内部保存M时,默认这个数总是1,所以可以舍去,只保留后面的小数部分xxxxxx,这样做就可以增加有效数字的保留位数,比如float在M部分就相当于可以保留24位有效数字。
  • IEEE 754对E的规定:
  • 首先,E是一个无符号整数,但是我们又知道科学计数法是可以有负数的,所以EEE 754规定,存入内存时E的真实值必须加上一个中间数,对于8位E来说,中间数为127;11位的E,中间数为1023。

------>取出<------

  • IEEE 754对E的规定:
  • 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);


好了在学习完浮点数的基本知识后,我们在回头看例题

#include<stdio.h>
int main()
{
  int n = 9;
  // 00000000 00000000 00000000 00001001
  float* pFloat = (float*)&n;
  
  printf("n的值为:%d\n", n);
  //以十进制整数输出----9这个没问题
  printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
  //%f把二进制看成浮点数存储      0 00000000 00000000000000000001001
  //                            S    E             M
  //以浮点数读取方式的读取输出(计算机认为&n为浮点数)
  //S为0为正数;E为0,指数默认1-127,并且M整数部分补0;
  //得到   + 0. 00000000000000000001001 *  2的-126次方
  //相当于除以2的126次方(小数点向前移动126位)
  //所以这个数很小很小,再以%f浮点数形式保留小数点后六位
  //所以输出-----0.000000;
  
  *pFloat = 9.0;  
  //9.0转换为二进制数1001.0
  // 1.001 * 2的三次方----->S=0 M=001  E=3+127;
  //存入计算机0 10000010 00100000000000000000000
  printf("num的值为:%d\n", n);
  //%d把二进制当成补码
  //这个补码符号位为0,则为正数,直接读1091567616
  printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
  //E先减去127,在相反的转换 ---->9.000000
  return 0;

}

总结:

  • 注意类型,打印类型:

%d----->十进制有符号整数

%u----->十进制无符号整数

%c----->打印字符(有符号读取ASCII码)

%s----->打印字符串

%o----->打印八进制

%x------>打印十六进制

  • 先将十进制小数转换为二进制小数,在进行相应浮点数的存储;
  • 注意转换相应精度浮点数时,E要加减中间值。
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