C语言数据的存储

目录

 数据类型介绍

整形在内存中的存储

1.原码、反码、补码

2.大端小端介绍

 为什么会存在大端小端呢？

3.char型​​​​​​​

4.浮点数存储规则

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 *本文内容主要来源于网络与自己的学习笔记

 数据类型介绍

1.C语言基本内置类型

char           //字符型

short          //短整形

int              //整形

long           //长整型

long long    //更长的整形

浮点数：

float            //单精度浮点数

double      //双精度浮点数

char

                unsigned char

                signed char

short

                unsigned short [int]

                 signed short [int]

int

                 unsigned int

                signed int

long

                unsigned long [int]

                signed long [int]

指针类型: int* p

                char*  p

                float*  p

                void*  p

(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)

开辟空间的大小决定了使用范围

整形在内存中的存储

1.原码、反码、补码

计算机中整数的表示方法为原、反、补码三种；

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”，而数值位负整数的三种表示方法各不相同。

正数的原码、反码、补码相同

原码：直接将二进制按正负数形式翻译为二进制

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：反码加1得到补码

例如

 对于整型数据来说，数据是以补码的形式存入内存中的，这是为什么呢？

        这样避免了0的编码有两个，同时符号位和有效值位可以一起处理，减法通过加法就可以实现，即简化了计算机的结构设计也提高了运算速度。

2.大端小端介绍

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。

eg：假如有0x 11 22 33 44要存入内存

 为什么会存在大端小端呢？

        计算机系统中内存是以字节为单位进行编址的，每个地址单元都唯一的对应着1个字节（8 bit）。这可以应对char类型数据的存储要求，因为char类型长度刚好是1个字节，但是有些类型的长度是超过1个字节的，还有16 bit的short型，32 bit的long型。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。不同的安排顺序导致了大端存储模式和小端存储模式的存在

3.char型

首先举个例子://输出什么？

#include 
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;
 }

结果为：-1，-1,  255

 分析：首先char a=-1，定义了一个有符号的类型（我们先明确a在内存中放的是它的补码）

        写出其32位二进制原码：//10000000000000000000000000000001

                               反码：//11111111111111111111111111111110

                               补码：//11111111111111111111111111111111

                                

        得到了-1   32位的补码，但是char类型只占一个字节（8位），

        所以只能存8位所以a里就存了8位

        b与c与a类似（都为char）存的都是11111111

  接着分析：

                对于a和b，两者都是有符号数，最高位1表示其符号，c是无符号数，最高位的1就没有表示符号。 到了打印部分将a,b,c以%d的形式输出，就需要整形提升。

关于整形提升：

整型提升是C程序设计语言中的一项规定：在表达式计算时，各种整型首先要提升为int类型，如果int类型不足以表示则要提升为unsigned int类型；然后执行表达式的运算。

整型提升时是按照变量的补码被截断时的最高位是什么进行补位的，如果截断后最高位（即最左面）的一位数为 1 则在最高位前补 1 ，如果最高位是 0 则在前面补 0 ，补够32位即int类型

1.无符号整形提升，高位补0

2.有符号的整形提升，高位补其符号位

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                对于a和b（这两者一样）：将11111111整形提升得到补为 :                                              11111111111111111111111111111111

转化为反码：11111111111111111111111111111110

变为原码：10000000000000000000000000000001

        正好就是-1的原码，所以a和b输出都是-1。

对于c：由于c为unsigned类型，最高位没表示符号，所以在整形提升时往高位补0

 其补码为：00000000000000000000000011111111

补完之后其最高位为0，表明为正数，而正数的原、反、补码相同，所以最终以原码的形式输出的结果就是11111111的十进制数255

  

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由此，对char类型的内存补码（有符号）：

 在内存中，从00000000一直到01111111（127）时再加1就变为了10000000，往后最高位的1表示其为负数，比较特别的10000000为-128，往后10000001（补码）转换成原码是11111111（-127），往后增加就可以得到有符号char的范围是-128~127.

  类似的无符号char：

                                           

范围为0~255 

                

小结：对于有符号char类型，其数据从0开始到127（01111111）时再加一来到了10000000（-128），再往后-127，-126。。。。-2，-1,  0 

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4.浮点数存储规则

浮点数与整数的存储是有区别的

首先根据国际标准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。

eg：9.0

先将其写成二进制：1001.0

然后化为：(-1)^0  * 1.001  *2^3

s=0;

M=1.001

E=3

eg2:5.5

        101.1

可能比较难理解小数点后为什么是1，对于这个二进制数，从右到左权重值为-1->0->1->2这里可以理解为小数点后1的权重值为-1,而2*1的-1次方为二分之一，就是0.5

(-1)^0 *1.01 *2^2

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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。（float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位为有效数字M。

        先前，我们知道了(1<=M<=2)M写成1.xxxx的形式。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。

        至于E的存入：它为一个无符号整数（unsigned int）因此存的只能是正数。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

        E的取出也可分三种情况：

1.E不为全0或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

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， 有效数字M不再加上第一位的1，而是还原为0.xxxxxx的小数

3.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）

为了理解，接着看一段代码：

#include 
int main()
 {
	 int n = 9;//4byte
	 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);//9.0
	 return 0;
 }

结果为

 第一个和最后一个问题不大，问题出在中间两个，整形以浮点型输出与浮点型以整形输出结果都是不一样的。

分析二三行：

先写出n的二进制：00000000 00000000 00000000 00001001

打印时我们认为其是以浮点数的形式打印，对这个二进制数解读就会如下

这时其最高位：s--0

                 E--00000000（往后8位）为全0，看上面的第二种情况

                M--0000000 00000000 00001001（后23位）

对M：

               0. 0000000 00000000 00001001

对于E（全0）：根据上文写成1-127

所以有：(-1)^0  *  0. 0000000 00000000 00001001  *2^-126

0.xxxx再乘2的-126次就基本上可以看成0了，所以第二行输出0.000000（只呈现后六位）

到第三行：

       将9.0存入数据时：

9.0 -> 1001.0 ->(-1)^0  * 1.001  *2^3 -> s=0, M=1.001,E=3+127（中间数）=130

有效数字E：130换为二进制（10000010）

有效数字M等于001后面再加20个0，凑满23位

写成二进制形式（s+E+M）：

0   10000010   00100000000000000000000

（二进制补码）符号位是0，为正数，原码与补码相同，

因此打印的就是该二进制换成的十进制数，就是1091567616