这篇文章主要介绍数据是在计算机内存中是如何存储的,以及内存的介绍,详细介绍整形数据类型,浮点型需要了解的小伙伴可以仔细看一下文章中的介绍,那么我们开始吧!
char ——— 字符数据类型
short ——— 短整型
int ——— 整形
long ——— 长整型
long long ——— 更长的整型
float ——— 单精度浮点型
double ——— 双精度浮点型
C语言中没有字符串类型
char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed 1ong [int]
数组类型
结构体类型 (关键字:struct)
枚举类型 (关键字:enum)
联合类型 (关键字:union)
void 表示空类型(无类型),通常用于函数的返回类型,函数的参数,指针类型。
void再指针类型中,虽然功能像野指针,但是它不是野指针。
首先我们知道,变量再创建的时候,会向内存申请一片连续的空间,空间的大小由这个数据的类型来确定,就比如char类型会申请1个字节的空间,int类型会申请4个字节的空间,那么字节是什么?字节可以理解为内存的长度,1个字节又是8个比特位,那么比特位是什么我们将会进行详细的介绍!
例如:
int a = 10;
int b = -10;
这两个变量在内存中是如何进行存储的呢?
首先我们确实类型,是int型,那么变量a和b会向内存申请4个字节的空间来存放10和-10两个数字,那么10和-10再内存中是什么样子呢?
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 //10
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 //-10
那么,我们上面提到过,1 个字节是 8 个比特位,4 个字节就是 32 个比特位,上面的代码就就可以显示出来,那么没一个 0 或 1 就是一个比特位,整型数据在内存中我们是以二进制码来进行存储的,那么细心的小伙伴就可以看到,-10 和 10 的区别为啥这么大!那是因为数据在内存中的存储,是以补码的形式进行存储的,那么这里就要引入一个概念,二进制码有原码,反码和补码,那么为什么10就是原来的形式呢,在二进制这三个码中,正数的原码,反码,补码都相同,但是负数就不一样了。我们来求一下负数的补码,看一下过程,大家就知道 -10 的补码是怎么来的了。
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
负数的反码就是,原码符号位不变,其他位按位取反,就可以得到它的反码,也是物如其名。
那么补码,就更简单了,在反码的基础上,再加 1 就好,是不是很简单,很易懂!
(那么我们为什么要这么麻烦,内存中要以补码的形式,那是因为我们的硬件,更加适合补码的运算,使用补码,可以将符号位和数值域统一处理;同时,加法和减法可以统一处理,还有另外一个原因(CPU只有加法器),补码和原码相互转换,其运算过程是形同的。)
那么大家可以清楚的看出来,这里面的每个数字都是一个16进制的数字也就是四个比特位 0000 那么一个 f 就是 1111 那么 0a 就是 10 那么后面的 00 00 00 就是前面的 0,那么大家发现了,它怎么反了啊,为啥00 00 00 在后头为啥不是 00 00 00 0a呢?这个时候我们就要介绍另外一个小知识点,就是因为计算机的不同,存储模式也会不同。分为大端和小端。
1)大端模式存储 :
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。
2)小端模式存储:
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。
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。
3.14159 1E10
1.浮点数家族包括: float、double、long double 类型。
2.浮点数表示的范围:float.h中定义
浮点数存储的例子:
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;
}
他的输出结果是什么呢?
为什么会出现这种情况呢?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。
那么我们就来看看叭
1.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。
举例来说: 十进制的5.0,写成二进制是 101.0 ,相当于 1.01×2^2 。 那么,按照上面V的格式,可以得出s=0,M=1.01,E=2。
十进制的-5.0,写成二进制是 -101.0 ,相当于 -1.01×2^2 。那么,s=1,M=1.01,E=2。
2.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。
0 00000000 000 0000 0000 0000 0000 0000 //单精度浮点型
s(1bit) E(8bit) M(23bit)
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。
0 00000000000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
s(1bit) E(11bit) M(52bit)
// 双精度浮点型
3.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:
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。
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.好了,关于浮点数的表示规则,就说到这里。 下面,让我们回到一开始的问题:为什么0x00000009还原成浮点数,就成了0.000000?
首先,将0x00000009拆分,得到第一位符号位s=0,后面8位的指数E=00000000,最后23
位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。 //9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001 由于指数E全为0,所以符合上一节的第二种情况。因此,浮点数V就写成: V=(-1)^0 ×0.00000000000000000001001×2^(-126) =1.001×2^(-146) 显然,V是一个很小的接近于0的正数,所以用十进制小数表示就是0.000000。
5.再看例题的第二部分。 请问浮点数9.0,如何用二进制表示?还原成十进制又是多少?
首先,浮点数9.0等于二进制的1001.0,即1.001×2^3。
9.0 -> 1001.0 ->(-1)^01.0012^3 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130
那么,第一位的符号位s=0,有效数字M等于001后面再加20个0,凑满23位,指数E等于3+127=130,即10000010。 所以,写成二进制形式,应该是s+E+M,即:
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
这个32位的二进制数,还原成十进制,正是1091567616。
这篇文章重点介绍了数据再内存种是如何进行存储的,可以帮助我们更加深刻的了解内存是什么样,数据在内存种又是什么样,我们在脑海中就会形成一个完整的体系,在以后的思考和练习中,我们就可以用到这里所讲的知识,不仅仅局限于输入一个数字进去,然后读取一个数字这种的思维中。大家一起加油吧,还有好多知识需要掌握!!!冲!!!