【C/C++数据结构与算法】C语言数据存储

目录

一、大小端存储

二、整型提升和截断

三、数据的二进制存储

四、结构体内存对齐

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一、大小端存储

• 大端存储：数据的低位字节存储在高地址
• 小端存储：数据的低位字节存储在低地址

不同编译器有不同的存储方式

int a = 10;
char* p = (char*)&a;
printf("%x\n", *p);        // a  --->  0000000a
// 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010    
// 0    0    0    0    0    0    0    a        16进制数据：0x0000000a
// a在VS2019中的存储：0a 00 00 00 低地址 --> 高地址
// 整型在内存中以补码存储

二、整型提升和截断

　　提升：短字节数据类型 ---> 长字节数据类型

　　截断：长字节数据类型 ---> 短字节数据类型

char ch = -10;
unsigned char c = -10;
// 10000000000000000000000000001010    -10原码
// 11111111111111111111111111110101    -10反码
// 11111111111111111111111111110110    -10补码
// char类型的截断：11110110
// 整型提升：
// 11111111111111111111111111110110 ch补码  char是有符号类型数据，根据符号位数据补0或1
// 00000000000000000000000011110110 c 补码  c 是无符号类型数据，前面直接补0
printf("%d\n", ch);    // 将整型提升后的ch补码转换为原码输出为：-10
printf("%u\n", ch);    // 将整型提升后的ch补码直接转为10进制数据输出： 4,294,967,286
printf("%d\n", c);     // 将整型提升后的c 补码转换为原码输出为： 246
printf("%u\n", c);     // 将整型提升后的ch补码直接转为10进制数据输出： 246

三、数据的二进制存储

　　正数：原码 = 反码 = 补码

　　负数：符号位不变，原码剩余位取反得反码，再加一得补码，补码取反加一得原码

　　浮点数：遵循IEEE754标准，二进制浮点数表示为(-1)^s * M * 2^E真

　　　　　　S为数符，M为尾码，E为阶码，E = E真 + 127

　　　　　　float 是单精度浮点数，数码 1 bit，尾码 23 bit，阶码 8 bit，共32位

　　　　　　double是双精度浮点数，数码 1 bit，尾码 52 bit，阶码 11 bit，共64位

//打印int、float、double类型在内存的二进制编码
#include 
using namespace std;

int count = 0;

template
void printbinary(t e, int length) 
{
    if (length > 1) 
        printbinary(e >> 1, length - 1);
    putchar((e & 1) + '0');
    ::count++;
    if (::count % 8 == 0) 
        cout << ' ';
    if (::count % (sizeof(e) * 8) == 0) 
        cout << endl;
}

int main() 
{
    int i1 = 0, i2 = -1, i3 = 17, i4 = -17;
    printbinary(i1, 32);// 00000000 00000000 00000000 00000000
    printbinary(i2, 32);// 11111111 11111111 11111111 11111111
    printbinary(i3, 32);// 00000000 00000000 00000000 00010001
    printbinary(i4, 32);// 11111111 11111111 11111111 11101111
    cout << endl;

    int tmp = 0;
    float* f1 = (float*)&tmp;
    *f1 = 0;
    printbinary(*(unsigned*)f1, 32);    // 00000000 00000000 00000000 00000000

    float* f2 = f1;
    *f2 = -1;
    printbinary(*(unsigned*)f2, 32);    // 10111111 10000000 00000000 00000000
　　// 1 01111111 00000000000000000000000 , E = 01111111B - 127D = 0, (-1)1 * 1.0 * 20 = -1
    float* f3 = f1;
    *f3 = 17;
    printbinary(*(unsigned*)f3, 32);//01000001 10001000 00000000 00000000
　　// 0 10000011 00010000000000000000000 , E = 10000011B - 127D = 4, (-1)0 * 1.0001 * 24 = 10001B = 17
    float* f4 = f1;
    *f4 = -17;
    printbinary(*(unsigned*)f4, 32);    // 11000001 10001000 00000000 00000000
    cout << endl;

    long long temp = 0;
    double* d1 = (double*)&temp;
    *d1 = 0;
    printbinary(*(unsigned long long*)d1, 64);　　//00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
　　
    double* d2 = (double*)&temp;
    *d2 = -1;
    printbinary(*(unsigned long long*)d2, 64);　　//10111111 11110000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000

    double* d3 = (double*)&temp;
    *d3 = 17;
    printbinary(*(unsigned long long*)d3, 64);　　//01000000 00110001 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000

    double* d4 = (double*)&temp;
    *d4 = -17;
    printbinary(*(unsigned long long*)d4, 64);　　//11000000 00110001 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000

    return 0;
}

四、结构体内存对齐

　　对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处
2. 其他成员要对齐到对齐数的整数倍的地址处
3. 对齐数：编译器默认的某个数字与该成员大小的较小值（VS默认值是8）
4. 结构体总大小为最大对齐数的（每个成员变量都有一个对齐数）整数倍
5. 如果嵌套了结构体，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍，结构体的整体大小就是最大对齐数（含嵌套结构体对齐数）的整数倍

#include 

struct S1 
{
　　char c1;
　　int i;
　　char c2;
};

struct S2 
{
　　char c1;
　　char c2;
　　int i;
};

struct S3 
{
　　char c1;
　　char c2[20];
　　char c3[20];
};

struct S4 
{
　　char c1;
　　char c2[20];
　　char c3[20];
　　int i;
};

int main() 
{
　　printf("%d\n", sizeof(S1)); // 12 = 1 + 3(对齐) + 4 + 1 + 3(对齐)
　　printf("%d\n", sizeof(S2)); // 8 = 1 + 1 + 2(对齐) + 4
　　printf("%d\n", sizeof(S3)); // 41 = 1 + 20 + 20
　　printf("%d\n", sizeof(S4)); // 48 = 1 + 20 + 20 + 3(对齐) + 4
}