C进阶（1/7）——数据在内存中的存储

目录

前言：

一.数据类型介绍

 类型基本归类：

整型家族：

浮点数家族：

构造类型：

​指针类型：

 空类型：

 二.整型在内存中的存储

1.原码，反码，补码

2.大小端介绍

3.练习巩固

三.浮点型数据的存储

1.浮点数存储与整型存储的关系

2.浮点数存储规则

3.IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

4.指数E

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前言：

介绍整型和浮点型数据类型在内存中的存储,希望对你有所帮助。

一.数据类型介绍

整数类数据类型：只表示整数

浮点型：可表示具有小数部分的数值

以上类型又被叫做算术类型。

注意：C语言中没有字符串类型

那么为什么在编程语言中要区分数据类型呢？

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

 类型基本归类：

整型家族：

浮点数家族：

构造类型：

 指针类型：

 空类型：

 二.整型在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。

我们来看看数据在所开辟内存中到底是如何存储的？

 我们知道int整型在32位环境下占用四个字节大小，那该如何存储呢？

我们首先来了解如下概念：

1.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”，而数值位正数的原、反、补码都相同。
• 负整数的三种表示方法各不相同。

 对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

 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。

让我们来看看内存中如何存放的数据。

 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。

这又是什么原因呢？

2.大小端介绍

什么是大端小端：

• 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。

大端存储相当于正着放置数据：

 小端存储是逆着放置数据：

 注意：我们是通过十六进制来表示的数据在内存中查看的也是十六进制表示的数据

我们下面通过一个代码来检测我当前使用的VS2022环境下是大端还是小端存储

#include 
int check_sys()
{
 int i = 1;
 return (*(char *)&i);
}
int main()
{
 int ret = check_sys();
 if(ret == 1)
 {
 printf("小端\n");
 }
 else
 {
 printf("大端\n");
 }
 return 0;
}

运行发现：

 由此可见我们的VS2022使用的是小端存储。

数据存储的一种循环理解：我们以char类型来解释：

 

3.练习巩固

#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;
}

运行可得：

如下分析：

a=-1的原码反码补码如下

 a的补码在存储时char类型会发生截断变为

当还原为原码时步骤如下符号位置不变其他位按位取反得到反码后再加一：

可知1000001二进制表示的就是-1

b为有符号整型可同理得出打印数据和存储数据一致

b=-1的原码反码补码如下

 那为什么c却是255呢？

原因如下：

 这就是数据在内存中存储方式因为数据类型不同而导致的。因此区分和正确使用数据类型十分的重要

下面的一些练习可以帮助你加深对数据存储的理解

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

/*输出一个特别大的数字，首先a是有符号char类型的变量,存储-128的值,而%u是打印无符号整数的意思,所以这里的char类型会发生整型提升,从一个字节提升至4个字节,又因为a是负数,它的的符号位为1,所以整型提升时前面全部都是补的1,所以我们就得到了一个数的补码,而无符号数的源反补码都相同,所以我们就会得到一个特别大的数的源码.*/

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

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

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

三.浮点型数据的存储

1.浮点数存储与整型存储的关系

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;
}

 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？

这就是因为浮点数和整型数据在内存中存储的方式不同而造成的。

2.浮点数存储规则

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。

详细解读： 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。

相当于所有的浮点数都可以用S,M,E这三个数表示出来,所以我们的内存中只需要存储这三个数即可代表浮点数。

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 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。

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3.有效数字M的特别规定。

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.指数E的特别规定

1.    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

2.   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。

3.   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）。

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本章内容较多需要多花功夫加深理解。感谢支持。