深度剖析 —— 数据

系列文章目录

深度剖析：数据
深度剖析：递归
深度剖析：结构体
深度剖析：动态内存管理
深度剖析：文件操作
深度剖析：预处理

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前言

众所周知计算机在我们的的生活中十分强大，但“巧妇难为无米之炊”计算机再强大没有“米”也终归是毫无用处，这里的“米”便是数据

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参考资料

《C Primer Plus》
《C和指针》
《大话数据结构》

一、数据是什么？

数据:是描述客观事物的符号， 是计算机中可以操作的对象，是能被计算机识别，并输入给计算机处理的符号集合。数据不仅仅包括数值类型，还包括图像、视频、声音等非数值类型。

常量(constant):预先设定好，在整个程序的运行中没有变化。

变量(variable):在程序运行期间可能改变或被赋值。

二、数据类型

1.整型

关键字	类型
char	字符数据类型
short	短整型
int	整型
long	长整型
long long	更长的整形
unsigned	无符号类型

2.浮点型

注意:浮点型必须有符号位，不可以写成unsigned

关键字	类型
float	单精度浮点数
double	双精度浮点数

3.构造类型

关键字	类型
arr[n]	数组类型
struct	结构体类型
enum	枚举类型
union	联合类型

4.指针类型

关键字	类型
int *pi	整型指针
char *pc	字符指针
float* pf	浮点型指针
void* pv	无类型指针

5.空类型

关键字	类型
void	无类型

注:通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型

三.混合运算与类型转换

1.转换等级

int < unsigned int < long < unsigned long < float < double < long double

2.转换规则

1. 若参与运算量的类型不同，则先转换成同一类型，然后进行运算

2. 转换按数据长度增加的方向进行，以保证精度不降低。如int型和long型运算时，先把int量转成long型后再进行运算。若两种类型的字节数不同，转换成字节数高的类型。若两种类型的字节数相同，且一种有符号，一种无符号，则转换成无符号类型

3. 所有的浮点运算都是以双精度进行的，即使是两个float单精度量运算的表达式，也要先转换成double型，再作运算

4. char型和short型参与运算时，必须先转换成int型

5. 在赋值运算中，赋值号两边量的数据类型不同时，赋值号右边量的类型将转换为左边量的类型。如果右边量的数据类型长度比左边长时，将丢失一部分数据，这样会降低精度

四.源码反码补码

1.二进制的最左边最高位第一位: 0 代表正；1 代表负

2.只要是整数二进制储存的都是补码

3.正数原码、反码、补码相同

4.负数 以-2为例

原码: 10000000000000000000000000000010
反码: 11111111111111111111111111111101 (最高位符号位不变，其它位取反)
补码: 11111111111111111111111111111110 (在反码的基础上+1)

5.内存正负分配原理 (-1 与 0 左右各占一半，趋于中心)

补码:   0 = 00000000000000000000000000000000
补码:   向中间最大值逼近
补码: max = 01111111111111111111111111111111
补码: 分水岭: 最大值+1 == 最小值
补码: min = 10000000000000000000000000000000
补码:   向中间最小值逼近
补码:  -1 = 11111111111111111111111111111111

五.大小端存储

存储: int a = 0x11223344

1.大端字节序

把数据的低位字节序的内容存放在高地址处，高位字节序的内容存放在低地址处

低地址------------------11 22 33 44-------------------高地址

2.小段字节序

把数据的低位字节序的内容存放在低地址处，高位字节序的内容存放在高地址处

低地址------------------44 33 22 11-------------------高地址

六.浮点数(IEEE754)

1.二进制的储存

1. (-1)^S * M * 2^E (二进制下科学记述法形式)
2. S(符号): 0为正，1为负
3. M(尾数): 小数点后的数，小数点前面1不储存，1.会自动补齐，尾数不足自动补0
4. E(阶码): 科学技术法的几次方，0次方为127: 01111111
5. (-1)^s表示符号位，当s=0，V为正数；当s=1，V为负数。
6. M表示有效数字，大于等于1，小于2。
7. 2^E表示指数位。
8. 源码:0(符号位)01111111(E)00000000000000000000000(M)

float a = 5.5

二进制形式: 101.1
S = 0; E = 2 + 127; M = 1.011;
二进制: 0 10000001 01100000000000000000000
二进制: 0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000
十六进制: 40 b0 00 00

2.E全为0时 M为任意值时

1. 表示: 正负0 (即0.1xxxx*-126)
2. 二进制: 0 00000000 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
3. 这时，浮点数的指数E等于1-127（或者1-1023）即为非规格化的-126（或者-1022）
4. 有效数字M不再加上第一位的1，而是还原为0.1xxxxxx的小数(即为非规格化)
5. 这样做是为了表示±0，以及接近于0的很小的数字。
6. 作为补偿，尾数右移一位舍缩小含的“1”，同时阶码逻辑上+1
7. 来表示被覆盖的1.0^-127。阶码+1则正好是非规格化的-126

3.E全为1时 M全为0时

1. 表示: 正负无穷大 (即10.0000*254)
2. 二进制: 0 11111111 00000000000000000000000
3. 这时，浮点数的指数E等于255-1（或者2047-1）即为非规格化的 254（或者 2046）
4. 有效数字M不再加上第一位的1，而是还原为 10.00000的小数(即为非规格化)
5. 作为补偿，尾数左移一位放大隐含的“1”，同时阶码逻辑上-1
6. 来表示被覆盖的1.0^255。阶码+1则正好是非规格化的254

4.E全为1时 M不全为0时

1. 表示: NaN(未定义或不可表示的值)

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总结

C语言有多种数据类型，基本数据类型分为两大类: 整数类型和浮点数类型，通过类型分配的存储量和有无符号，衍生出许多其他数据类型。整型又可以以二进制的方式通过补码的形式存储在内存单元，浮点数则用的是IEEE754的浮点数存储标准进行存储。数据在C语言中有着极其重要的地位，非常值得深入了解学习，本文如出现错误欢迎指点交流。