C语言——数据的存储：整型与浮点型数据类型的存储、大小端字节序、存储例题

内容

1.数据的类型（整数类型、浮点类型、自定义、指针、空类型）
2.整形数据在内存中的存储（原码、反码、补码）
3.大小端字节序
4.浮点型数据的存储
5.关于数据存储的例题
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*1.数据的类型

C语言中数据类型包括：

• C语言内置数据类型
  
• 其中float、double为浮点类型，其余为整数类型；
• char为整数类型，因为字符在底层存储的时候，存储的是字符所对应的ASCII值（整数）；
  注意：C语言内置类型没有字符串类型，但是再写C语言代码时，可以利用字符数组表示字符串！
• C语言字符串表示—— 例：char str[]=“hello!”; 或者： char str[]={‘h’,‘e’,‘l’,‘l’,‘o’,’!’,’\0’};

整数	类型
unsigned char	signed char
unsigned short[int]	signed short[int]
unsigned int	signed int
unsigned long[int]	signed long[int]

• unsigned / signed的理解和区别 有符号signed的最高位为符号位，1表示负数，0表示正数， unsigned均为正数，最高位1是实数位，不为符号位;
• char的类型到底是unsigned char还是signed char是不确定的，取决于编译器;
• short、long 类型明确为signed型；

注意：unsigned非常容易溢出；在实际开发过程中，能不用unsigned尽量不用；

• 自定义数据类型
  • 结构体类型：struct
  • 枚举类型： enum
  • 联合类型： union

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• 空类型（void）、指针类型
  • 用于函数返回值类型
  • 指针类型（char* 、int*…void *）
  • 函数参数

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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。

  例：int a=1; float b=1.0;
  虽然 a, b都是占用4个字节的空间，当我们在看待a的时候，因为其类型是int，所以我们会把a当做整型来看待，在看待b的时候，其类型是float，所以我们会把b当做小数（而非整型）来看待。

*2.整形数据在内存中的存储

• 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。
• 内存就是公寓，内存公寓包含很多房间，每个房间都有房间号（从0开始依次递增）——地址。
  * * 指针就是存放内存地址的变量；（打印地址或者指针变量格式为：%p）
  * * 在32位的机器上，地址是32个0或者1组成二进制序列，那地址就得用4个字节的空间来存储，所以一个指针变量的大小就应该是4个字节。那如果在64位机器上，如果有64个地址线，那一个指针变量的大小是8个字节，才能存放一个地址；
• 内存支持随机访问；但只有申请了（创建变量，分配地址）才能访问,如果访问了未申请的内存，就是“未定义行为”；
• 内存的访问速度更快，空间更小，成本更高，断电后数据丢失；
• 外存的访问速度更慢，空间更大，成本更低，断电后数据还在；
• 原码、反码、补码
  计算机中的符号数有三种表示方法，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，三种表示方法各不相同。
  • 原码 * 直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。
  • 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+1就得到补码。
  • 正数的原、反、补码都相同

例：

？？？那么数据在计算机中内存的存储形式到底是怎么样的形式？

例：
首先，需要给程序打断点，进行编译；
然后，打开内存：调试菜单->窗口->内存；
接着，可以输入&变量名，进行变量内存查询；

** 上图，显示的是——当前查询的是当前程序无法访问的非法内存（未定义）；

** 从上图可以看出，char在内存中确实是一个字节，字符在内存中以ASCII表示，63-c；再看内存窗口右侧，可以对应表示c；右侧是内存数据的等价表示，把每个字节按照字符理解，若我们分析的内存数据（内容）为字符或者字符串，这就很方便我们理解。

** 内存中变量之后的内存表示为cc cc …原因是VS的debug模式会自动给局部变量后面加上一些0xcc.

** 根据调试窗口下内存显示的变量a=2为 02 00 00 00；变量b=-1在内存中为ff ff ff ff;

• 内存中表示的数据都是十六进制表示的；并且一个字节一个字节（8bits）显示的。（虽然和实际有顺序的差别，这个是字节序大小端问题，下一个部分说明）
  
  
  由此看以看到：内存中存储的数据都是按照数据的补码进行存储的

？？？那么数据在内存中的存储为什么不是原码而是补码？

可以明显看出，以补码计算结果才符合运算结果。

• 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。对于乘法也是连加的原理，除法的实现就是看减了几次的结果。总结，引入补码，是为了让计算机硬件设计成本更低！！！

*3.大小端字节序

可以从内存其中看到，数据在内存中的存储的地址高低顺序可能和实际数据高低位不同；
这就引出一个历史存留问题——大小端字节序问题：

** 制作CPU时，不同公司设计不同，有的按照升序，低址值存低位数据（44 33 22 11）——小端字节序；高地址存低位（11 22 33 44）——大端字节序；一般我们使用的PC笔记本CPU都为小端字节序； 约定小端字节序！

如何判断一个CPU是大端还是小端？

int IS_BSendian()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;
	if (*p == 1)
		return 1;//小端
	else
		return 0;//大端
}

** 在32位机器上，一个地址单元就是一个字节；故只要截取低位的一个字节，判断值就可判断是大端还是小端；

？？？为什么会出现大小端？
** 因为在计算机系统中，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。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gdp调试器做一般开发），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。

*4.浮点型数据的存储

• 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；
  • 2Ê表示指数位；

• 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。

• 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。

• 例：

  • 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。
  • 32位计算机中S占1个bit，E占8个bit，M占23个bit;64位计算机中S占1个bit，E占11个bit，M占52个bit;

总结：一个浮点数在计算机中用“科学计数法”表示；E越大能表示的数据范围越大；M越大数据精度越大，在开发中需要用到浮点数优先考虑double；该标准下很多浮点数不能准确表示；所以进行浮点数比较时，一定要注意利用差值进行误差控制。

*5.数据存储的例题

1>下面这段代码的结果是什么？

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

2>下面这段代码的结果是什么？

#include
int main()
{
	char a = -1;
	signed char b = -1;
	unsigned char c = -1;
	printf("a = %d,b = %d,c = %d\n", a, b, c);
	return 0;
}

3>下面这段代码的结果是什么？

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

4>下面这段代码的结果是什么？

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

5>下面这段代码的结果是什么？

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

6>下面这段代码的结果是什么？

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

7>下面这段代码的结果是什么？

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