【数据存储:揭开内存中数据存储的神秘面纱】

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 本节重点 -- 重中之重

  1. 数据类型详细介绍
  2. 整形在内存中的存储:原码、反码、补码
  3. 大小端字节序介绍及判断
  4. 浮点型在内存中的存储解析

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准备好了,开始啰,在小小的花园里面......最近被这个歌曲洗脑,但是我们并不是要唱歌,而是要学技术啦,哈哈哈,正片开始。

数据类型介绍

  • char        //字符数据类型  1字节
  • short       //短整型  2字节
  • int         //整形 4字节
  • long        //长整型 4/8字节
  • long long   //更长的整形 8字节
  • float       //单精度浮点数 4字节
  • double      //双精度浮点数 8字节
  • //C语言有没有字符串类型?没有,但是可以用字符数组存储字符串

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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)。
  2. 如何看待内存空间的视角。

类型的基本归类

整形家族:

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浮点数家族:

09727015422a43a78c48b0746515bc92.png构造类型:

a300d87e4d0f4ace94453d647b1c43c8.png

指针类型:

c8e86d8f699e42e0891a454152c3dbe8.png

空类型:

768f93387c154ebfa82b51da20eaa3f9.png

 

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整形在内存中的存储

        一个变量的创建是要在内存中开辟空间的,而空间的大小是根据不同的类型而决定的。

那么数据在所开辟内存中到底是如何存储的?

比如:

int a = 10;//创建一个变量a,由于是int类型,需要向内存开辟四个字节的空间
int b = -10;//创建一个变量b,由于是int类型,需要向内存开辟四个字节的空间
  • 我们知道为 a 和 b 分配四个字节的空间。
  • 那是如何存储的呢?
  • 接下来听我一一道来。

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数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”。

c5ca48dd8407496d9f5bfc26f9b831a1.png

负整数的三种表示方法各不相同。

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提示:对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码。

why?

  1. 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;
  2. 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。
  3. 在进行计算的时候,符号位也需要参与运算。

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  • 我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。
  • 这是又为什么?

大小端介绍

什么是大端小端:

  • 大端(存储)模式:是指数据的低权值位保存在内存的高地址中,而数据的高权值位,保存在内存的低地址中。
  • 小端(存储)模式:是指数据的低权值位保存在内存的低地址中,而数据的高权值位,保存在内存的高地址中。

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。
  • 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 权值高的字节, 0x22为权值低的字节。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。

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设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

#include 
//方法一:
int CheckSystem1()
{
	int i = 1;
	return (*(char*)&i);
}
//方法二:
int CheckSystem2()
{
	union
	{
		int i;
		char c;
	}un;
	un.i = 1;
	return un.c;
}

int main()
{
	int ret = CheckSystem1();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

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七个小练习 - 巩固知识

demo1

#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;
}

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demo2

#include 
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}

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demo3

#include 
int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}

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demo4

#include
int main()
{
	int i = -20;
	unsigned  int  j = 10;
	printf("%d\n", i + j);
	return 0;
}

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demo5

#include
#include
int main()
{
	unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
		Sleep(1000);
	}
	return 0;
}

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demo6

#include
#include
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for (i = 0; i < 1000; i++)
    {
        a[i] = -1 - i;
    }
    printf("%d", strlen(a));
    return 0;
}

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demo7

#include 
unsigned char i = 0;
int main()
{
    for (i = 0; i <= 255; i++)
    {
        printf("hello world\n");
    }
    return 0;
}

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 浮点型在内存中的存储

  • 常见的浮点数: 3.14159 1E10
  • 浮点数家族包括: float、double、long double 类型。
  • 浮点数表示的范围:float.h中定义

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【数据存储:揭开内存中数据存储的神秘面纱】_第25张图片

 

浮点数存储的例子:

#include
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;
}

输出结果是什么呢?

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Why?Why?Why?

  • num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数,为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大?
  • 要理解这个结果,一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。

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IEEE 754规定:

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IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定。

  • 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。

至于指数E,情况就比较复杂。

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指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:

one:

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 再看一个加强知识理解

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three:

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知识讲解完毕,再解释前面的题目: 

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