C进阶--数据的存储

⚙ 1. 数据类型介绍

1.1基本内置类型

⭕ 整形:
char(char又叫短整型) unsigned char
signed char
short unsigned short[int]
signed short [int]
int unsigned int
signed int
long unsigned long [int]
signed long [int]
⭕ 浮点数:
float(单精度浮点数)
double(双精度浮点数)

 区别

1. 存储空间:float类型占用4个字节(32位),而double类型占用8个字节(64位)。因此,double类型可以表示更大范围的数值,并且具有更高的精度。

2. 表示范围:float类型可以表示的有效位数大约是6-7位,而double类型可以表示的有效位数大约是15-16位。因此,double类型可以表示更大范围的数值,并且可以提供更高的精度。

然而,由于double类型占用的存储空间更大,它相对于float类型的运算速度可能会稍慢。因此,在选择使用float还是double时,需要根据具体需求来决定。

⭕ 构造类型:
⚪ 数组类型
⚪ 结构体类型 (struct)
⚪ 枚举类型 (enum)
⚪ 联合类型 (union)
⭕ 指针类型:
⚪ int *     ⚪ char*      ⚪ long *
⚪ float*   ⚪double*   ⚪ voibaxin
C进阶--数据的存储_第1张图片注意事项:
* 偏向谁这个有的书上是有规范的,但是一直没有很严格的要求,但是我们在连续赋值时要注意以下的两种情况:
int * p1,p2;//①p1是指针, p2不是指针
int *p1,*p2;//②p1, p2都是一级指针
int * p1;int *p2;//③p1, p2都是一级指针

避免出现这种有误会性质的代码,方便别人也方便自己,我们使用方式3最好

⭕ 空类型:
void表示空类型(无类型),通常用于函数的返回类型,

⚙ 2. 整形在内存中的存储

变量的创建时要在内存中开辟空间的。而空间的大小时根据不同类型来决定的。

2.1 原码,反码,补码

数据在内存中通过二进制来存储的,这是一个基本常识了(0 1 ->计算机)
原码:
直接将整数的二进制按照正负数形式翻译即可。
反码:
原码的符号位保持不变,将其他位按位取反即可。
补码:
反码+1 即可。
对于整形来说,数据存放内存实际用的是补码
❓❓❓        为什么呢
‍‍‍   
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。
tips: 查看内存的方法:
C进阶--数据的存储_第2张图片
观察代码:
C进阶--数据的存储_第3张图片
我们可以看到对于 a 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❓

2.2 大小端

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。
为什么有大端和小端:
‍  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8 bit。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
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
 
我们可以通过下面这个小实验来测试判断自己的电脑的字节序
这个问题在2015年出现在百度的笔试题中
#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;
}

运行结果:

C进阶--数据的存储_第4张图片

check_sys函数也可以这样写

int check_sys()
{
	union {
		int i;
		char c;
	}u;
	u.i = 1;
	return u.c;
}

⚙3. 浮点型在内存中的存储

常见的浮点数 : 3.1415 1E10

  C进阶--数据的存储_第5张图片3.1浮点数存储的例子:

实验代码:

#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;
}

实验结果:

C进阶--数据的存储_第6张图片

好奇怪是不是?我们直观的感受是9.0==9 ,那他们打印出来的值应该是相等的才对啊。
当然,直观的感受往往需要经过实践推敲才能确定。让我们来认真 细细分析以下

3.2浮点数存储规则

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
C进阶--数据的存储_第7张图片
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
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
C进阶--数据的存储_第8张图片
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
C进阶--数据的存储_第9张图片
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
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 8 位,它的取值范围为 0~255 ;如果 E 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
127 ;对于 11 位的 E ,这个中间
数是 1023 。比如, 2^10 E 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 从内存中取出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 );
好了,关于浮点数的表示规则,就说到这里。
解释前面的题目:
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

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200,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 这个32位的二进制数,还原成十进制,正是 1091567616

小测试:

  1.下面程序输出什么?
#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;
}

  2.下面程序输出什么?
#include 
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

  3.下面程序输出什么?

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

  4.下面程序输出什么?
#include 

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

	return 0;
}

  5.下面程序输出什么?
#include 

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

  6.下面程序输出什么?
#include 
int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d", strlen(a));
	return 0;
}

  7.下面程序输出什么?
#include 
unsigned char i = 0;
int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

‍答案:

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