【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一) (超详细剖析+代码解析!)(下)

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简介: 【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一) (超详细剖析+代码解析!)(下)

三、整型在内存中的存储

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。

那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的?


1. 如何储存

看下面这个例子:

#include<stdio.h>
  int main()
{
  int a = 3;
  int b = -1;
  return 0;
}

为了查看a, b在内存中的存储形式,我们在编译器里面按F10进入调试,变量a,b创建后,打开内存监视器,输入& a,& b查看a,b对应的地址及其内容。

& a:

image.png


&b:

image.png


数据在内存中存储时是按二进制的补码存储的

展示内存的时候,为了方便展示,显示的是16进制数据。

什么意思呢? 我们定义一个变量c,以16进制形式对其赋值,然后& c,可以看到:


image.png


c输入的16进制形式是 11223344 ,存储的时候是 44332211 接下来下面讲:


2. 原码、反码、补码

下面先来了解几个概念︰原码、反码、补码

计算机中的有符号数有三种表示方法,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”,而数值位三种表示方法各不相同。


原码:直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。

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了。

补码:反码 + 1就得到补码。


正数 原码反码补码 三码合一,负数的原反补 按照上面的规则进行转换


整数有两种,有符号数和无符号数

有符号数-- - 符号位 + 数值位

正数 0 + 数值位

负数 1 + 数值位

int b = -1;
//10000000 00000000 00000000 00000001 - 原码
//11111111 11111111 11111111 11111110 - 反码
//11111111 11111111 11111111 11111111 - 补码
//ff ff ff ff - 十六进制显示形式
int a = 3;
//00000000 00000000 00000000 00000011 - 原码、反码、补码
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
//00 00 00 03 - 十六进制显示形式

无符号数 unsigned --- 正整数是一样的!(只能表示正整数!) 无符号数 --- 原反补按规则计算


image.png



数据存放内存中其实存放的是补码。

3. 为什么内存中要存储补码?

我们首先来看一下 1 - 1 这个例子:

①先按照原码的方式去计算。


image.png


②接下来用补码来进行计算:


image.png


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。


怎么理解补码与原码相互转换,其运算过程是相同的?(以下运算,符号位均不变)


原码->取反 + 1->补码

补码->取反 + 1->原码

当然补码到原码也可以是:补码 -> - 1 取反->原码


例如 - 1:

11111111 11111111 11111111 11111111 - 补码

补码->取反 + 1->原码

10000000 00000000 00000000 00000000 - 取反

10000000 00000000 00000000 00000001 - +1

补码 -> - 1 取反->原码

11111111 11111111 11111111 11111110 - -1

10000000 00000000 00000000 00000001 - 取反

最终得到的结果均是:10000000 00000000 00000000 00000001


四、大小端介绍

1.什么大端小端

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。


#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main()
{
  unsigned int a = -10;
  printf("%d\n", a);//%d有符号数打印
  printf("%u\n", a);//%u无符号数打印
  system("pause");
  return 0;
}

image.png


对上述代码能运行的解释

存:
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010  ->原码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101  ->反码
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110  ->补码
//因为是int类型,所以在内存存储32位
即 0xfffffff6

那么如何存呢?


image.png


可以看出是小端存储。

解析:


image.png


无符号数 unsigned --- 正整数是一样的!(只能表示正整数!)

无符号数 --- 原反补按规则计算

数据存取过程图解:


image.png


2.为什么有大端和小端

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8bit。

但是在C语言中除了8bit的char之外,还有16bit的short型,32bit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果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ox0010),x的值为0×1122,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。


笔试题:用小程序判断当前机器的字节序(大小端)

百度2015年系统工程师笔试题:

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机器的字节序

如何判断大端、小端(字节序)呢?

思路:

int a = 1;

将a的第一个字节内容拿出来,判断其是1还是0,1为小端,0为大端。

char* 储存一个字节

#include <stdio.h>
int check_sys()
{
 int i = 1;
 //对指针i解引用,可以找存储的第一个字节
 //如果得到01,说明存储的顺序是01 00 00 00,则为小端,
 //如果得到00,说明存储的顺序是00 00 00 01,则为大端,
 return (*(char *)&i);
}
int main()
{
 int ret = check_sys();
 if(ret == 1)//0x00 00 00 01
 {
 printf("小端\n");
 }
 else
 {
 printf("大端\n");
 }
 return 0;
 }

image.png


当然,这里我们也可以将其封装成一个函数,根据其返回值确定是大端还是小端字节序。

int check_sys()
{
  int a = 1;
  char* p = (char*)&a;
  if (*p == 1)
    return 1;//小端
  else
    return 0;//大端
}


当然这个函数我们也可以进行简化:

int check_sys()
{
    int a=1;
    char*p=(char*)&a;
    //返回1,小端
    //返回0,大端
    return *p;
}

也可以再简化:

int check_sys()
{
  int a = 1;
  return  *(char*)&a;
}
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