c语言分层理解（c语言数据存储）
文章目录
- 1. 数据类型介绍
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- 1.1 数据类型介绍
- 1.2 类型基本归类
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- 1.2.1 整型家族
- 1.2.2 浮点数家族
- 1.2.3 指针类型
- 1.2.4 空类型
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- 1.2.4.1 void作为函数返回值
- 1.2.4.2 void作为函数参数
- 1.2.4.2 void指针
- 1.2.4.3 void定义的指针可以进行操作吗？
- 2. 整型内存中的存储
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- 2.1 原码、反码、补码
- 3. 大小端字节序介绍和判断
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- 3.1 设计一个程序来判断当前机器的字节序
- 3.2 整型取值范围
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- 3.2.1 char类型的取值范围
- 3.3 练习
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- 3.3.1 练习一
- 3.3.2 练习二
- 3.3.3 练习三
- 3.3.4 练习四
- 3.3.5 练习五
- 3.3.6 练习六
- 3.3.7 练习七
- 3.3.8 总结
- 4. 浮点型在内存中的存储解析
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- 4.1 浮点数存储规则
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- 4.1.1 有效数字M特别规定
- 4.1.2 指数E的规定
- 4.2 例题解析
干就完了，希望多多指教！
1. 数据类型介绍
1.1 数据类型介绍
char 字符数据类型、short 短整型、int 整型、long 长整型、long long 更长整型、float 单精度浮点数、double 双精度浮点数
类型大小：
char类型占1个字节，short类型2个字节，int类型占4个字节，long类型占4个字节，long long类型占8个字节，float类型占4个字节，double类型占8个字节。
c语言中有字符串类型吗？
没有，字符串放进数组中的。
类型的意义：
- 使用类型开辟空间的大小
- 如何看待内存空间
下面的知识会围绕这两个意义来探讨。
1.2 类型基本归类
1.2.1 整型家族
char：unsigned char、signed char
short：unsigned short [int]、signed short [int]
int：unsigned int、signed int
long：unsigned long [int]、signed long [int]
long long
1.2.2 浮点数家族
float、double
1.2.3 指针类型
int*、char*、float*、void*、double*、short*、long*、long long*
1.2.4 空类型
void（通常用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型）
1.2.4.1 void作为函数返回值
void test(int a)
{
printf("%d\n", a);
}
int main()
{
int a = 10;
test(a);
return 0;
}
小结：
1.c语言中函数可以不带返回值，但是默认返回值是int类型（不需要返回值时可以用void，以免测试程序员造成判断错误，还是你忘了写，还是这里就是你要的int类型返回值呢？）
2.void修饰函数返回值时，就是在告诉程序员这里不需要返回值，也告知编辑器，这个返回值无法接受。
1.2.4.2 void作为函数参数
作用就是告知程序员和编译器这里不需要传参。
1.2.4.2 void指针
这里的void*指针类型的作用就是把a的地址临时放进p这个指针变量里，不能直接解引用，用的时候要强制转换。
int main()
{
int a = 0;
void* p = &a;
*(int*)p = 20;
printf("%d\n", a);
return 0;
}
全部正常，没有报错。
说明了void*是可以转换为其他的指针类型的。
再来看看这段代码：
#include 说明：void*可以被任何类型的指针接收，也可接收任何指针类型。
1.2.4.3 void定义的指针可以进行操作吗？
在visual studio 2022中是不能运行起来的，因为void类型的大小是0，你可以用sizeof(void)来验证，所以是不能运行起来的，但是在gcc编辑器下是可以跑起来的，在gcc中void类型大小是1，所以可以跑起来。不同的编辑器的c的标准是不一样的。
2. 整型内存中的存储
首先，我们要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来决定的。int类型就会分配4个字节也就是32个比特位，char类型分配一个字节也就是8个比特位。
2.1 原码、反码、补码
三种表示方法均有符号位和数值位之分，符号位是用0表示“正”，用1表示“负”，而数值位正数的原码、反码、补码都是一样的，负数的补码=等于原码符号位不变其他位按位取反再加1得到补码，对于整型来说，数据存放在内存中的其实是存放的补码。
为什么呢？
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（CPU只有加法器）此外，补码与原码相换，算过程是相同的，不需要外的硬电路。
补码得到原码的两种方法：
- 补码-1得到反码，反码符号位不变其他位按位取反得到原码
- 补码符号位不变，其他位按位取反再+1。
3. 大小端字节序介绍和判断
先看现象再来分析：
这里为什么存进去的变量a是倒着存的？
我们说，可以这样存：
int a = 0x11223344;我们存的时候有很多种方法：可以11223344，也可以44332211还可以11332244，还可以11443322，还可以11442233，还可以33442211等等，有64中存法，但是我们只取11223344和44332211这两种存法，因为其他的虽然存可以存，但是在数据读取环节，读取起来非常麻烦，所以采用11223344（顺序）和44332211（逆序）这两种存法，读取也好读取。
所以，什么是大小端？
大小端就是表示数据在存储器中的顺序。
大端存储字节序是指：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。
小端存储字节序是指：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。
这里我们要对低位和高位以及地址的高低进行解释：
对高低位进行解释
1234-这是个十进制数字，也就是一千两百三十四，地位指的是4这个数字，高位指的是1这个数字。
这里也可以用权重来说明高低位，权重是什么？就那这个数字来说1234=1 * 103 + 2 * 102+3 * 101+4 * 100。
这里的103、102、101、100就是这个数每一位的权重，权重越大，说明这个数字的位越高。还是拿这个1234数字来说，1的权重是103,权重最大，所以1这个数字的位最高。
对地址的高低进行说明
为什么会有大小端？
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，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。
例如：一个 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x0010 ， x 的值为 0x1122 ，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。
为什么叫做字节序呢？
为什么叫做字节序？原因在于以字节为单位存储在内存中，这里的int a = 0x11223344;这里的a的数值使用16进制表示的，int类型占四个字节的大小空间，有32个比特位，那么一个11就占用8个比特位，22也占用八个比特位，33也是，44也是。在内存中存储的时候使用16进制表示的，存进去的都是以字节为单位存进去的。
3.1 设计一个程序来判断当前机器的字节序
思路：
首先我们的目标是判断大小端字节，那么如何判断，假设给个数值1，1的原码用16进制表示是0x00000001，如果机器是小端则存在内存中的是01000000，如果是大端，则存在机器里面的是00000001，那么我们只需要在int类型中拿去第一个字节进行判断是否为1即可，如果为1则是小端，反之则是大端。
#include 3.2 整型取值范围
3.2.1 char类型的取值范围
因为char类型占一个字节，也就是八个比特位，所以取值范围是00000000~11111111。
如图：
也可以用一个圈来表示范围：
这里有个点，10000000为什么是-128呢，不应该是128吗？
所以char类型的取值范围是-128~127（-27 ~ 27-1。那么以此类推，short的取值范围是-32768~32767（-215 ~ 215），那么int类型的取值范围就是-231 ~ 231-1。
另外，头文件
包含的是整型类型的取值范围，头文件 包含的是浮点数类型的取值范围，想要确认一下取值范围，可以转到此头文件中查看。
3.3 练习
3.3.1 练习一
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;
}//输出结果是多少？
//a=-1,b=-1,c=255
解析：
3.3.2 练习二
int main()
{
char a = -128;
printf("%u\n", a);
return 0;
}//输出结果是多少？
//a=4294967168
解析：
3.3.3 练习三
int main()
{
char a = 128;
printf("%u\n", a);
return 0;
}//输出结果是多少？
//a= 4294967168
解析：
3.3.4 练习四
int main()
{
int i = -20;
unsigned int j = 10;
printf("%d\n", i + j);
return 0;
}//输出结果是多少？
//i+j=-10
解析：
3.3.5 练习五
int main()
{
unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n", i);
}
return 0;
}//死循环
解析：
3.3.6 练习六
int main()
{
char a[1000];
int i;
for (i = 0; i < 1000; i++)
{
a[i] = -1 - i;
}
printf("%d", strlen(a));
return 0;
}//输出结果是多少？
//255
解析：
3.3.7 练习七
unsigned char i = 0;
int main()
{
for (i = 0; i <= 255; i++)
{
printf("hello world\n");
}
return 0;
}//死循环
解析：
unsigned char 类型的取值范围是0~255 (00000000~11111111)，所以当i<=255时，条件恒成立，导致死循环。
3.3.8 总结
数据存储这种是有技巧的。
1.存数据到变量中
注意变量的类型以及是否发生截断
2.取出数据
注意是有符号数还是无符号数以及是否需要整型提升
3.读取数据
注意是%d格式打印还是%u格式打印
4. 浮点型在内存中的存储解析
首先还是通过现象探究本质：
为什么会出现这种情况呢？
下面我们来了解一下浮点数存储规则。
4.1 浮点数存储规则
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。
这里怎么去理解S、M、E？
还是用举例子的方法来探讨一下：
就拿十进制数5.5来举例子：
不理解？再举一个十进制数8.5：
举这两个例子是为了说明上述公式的意思，下面我们来看看IEEE 754规定。
对于32位浮点数，最高的1位是符号位，接着的8位是指数E，剩下的23位是有效数字M。
单精度浮点数存储模型：
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位是有效数字M。
双精度浮点数存储模型：
4.1.1 有效数字M特别规定
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。
4.1.2 指数E的规定
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IEEE754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。然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:
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）。
4.2 例题解析
感谢大家的支持！这篇总结起来有点难度，花了三天，大概有7个小时吧！货有点干，还望大家慢慢品味！