wordpress 全站404,做门户网站的营业范围,tag 网站备案,调用wordpress媒体库✨博客主页#xff1a;小钱编程成长记 #x1f388;博客专栏#xff1a;进阶C语言 深度刨析数据在内存中的存储 1.数据类型介绍1.1 类型的基本归类 2.整形在内存中的存储2.1 原码、反码、补码2.2 大小端介绍 3.浮点型在内存中的存储3.1 一个例子3.2 浮点数的存储规则3.3指数… ✨博客主页小钱编程成长记 博客专栏进阶C语言 深度刨析数据在内存中的存储 1.数据类型介绍1.1 类型的基本归类 2.整形在内存中的存储2.1 原码、反码、补码2.2 大小端介绍 3.浮点型在内存中的存储3.1 一个例子3.2 浮点数的存储规则3.3指数E从内存中取出的三种情况3.3一个例子的解释 4.总结 1.数据类型介绍 char ------------ 字符数据类型 short int ------- 短整型 int --------------- 整型 long int -------- 长整型 long long int – 更长整型 float ------------ 单精度浮点型 double --------- 双精度浮点型 short, long, long long后的int可省略。 有些小伙伴可能会有疑问在C语言中有字符串类型吗 答案是没有。
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.提供了看待内存空间的视角。 1.1 类型的基本归类
整型家族
charunsigned charsigned char
shortunsigned short [int]signed short [int]
intunsigned intsigned int
longunsigned long [int]signed long [int]
long longunsigned long long [int]signed long long [int]C语言规定short signed short, int、long、long long也一样 但char是否是signed char C语言标准中并没有规定取决于编译器。unsigned是无符号型signed是有符号型这两种类型的区别是数据的二进制的最高位是否为符号位。 [int]是什么意思呢 意思是这里的int可以省略。 字符类型为什么会被归类到整型家族呢 因为字符在内存中存储的是字符的ASCII码值ASCII码值是整型所以字符类型归类到整型家族。 浮点型家族
float
double
long double构造类型自定义类型 数组类型结构体类型 struct枚举类型 enum联合类型 union数组类型为什么也是自定义类型呢 如int arr[10] ; arr的类型是int [10] ,数组的大小改变了数组类型也就改变了又因为数组的大小是我们自己设置的所以数组类型也是自定义类型。 指针类型
int* pi;
char* pc;
float* pf;
void* pv;//无具体类型的指针空类型 void 表示空类型无类型 通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。 如void test(void) { } , void* pv; 2.整形在内存中的存储
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。 那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的 比如
int a 20;
int b -10;我们知道编译器为 a 分配四个字节的空间。 那到底如何存储 接下来我们一起来了解下面的概念
2.1 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”。 正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。 区别如下 原码 直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。 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反码。 补码 反码1就得到补码。 对于整形来说数据存放内存中其实存放的是补码。 那是为什么呢 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 例如
//1-1 - 1(-1)
00000000000000000000000000000001//1的补码
10000000000000000000000000000001//-1的原码
11111111111111111111111111111110//-1的反码
11111111111111111111111111111111//-1的补码
//1和-1的补码相加得
100000000000000000000000000000000
//共33位
//因为整型只有4字节32位所以最高位溢出丢失结果得到 0结果正确。//若用原码来计算则结果为
10000000000000000000000000000010
//相加得-2,则结果错误。 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。 我们来看看在内存中的存储
小知识
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f (0 ~ 15)
15 - 1111 所以十六进制中的1位等于二进制中的4位
十六进制中的2位 二进制中的8位 一字节
例如
int a 10;
因为整型是4字节32bit, 所以10在内存中是这样存储的00000000000000000000000000001010
又因为二进制太长了为了方便我们查看编译器显示的的是十六进制0x0000000a
我们看上面的图片图片中在内存中的数据的顺序为什么是反的呢 那就要学习下面的知识了。
2.2 大小端介绍
什么是大端小端 大端存储模式全称大端字节序存储模式是指数据的低位字节处的数据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 小端存储模式全称小端字节序存储模式是指数据的低位字节处的数据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。 如图 为什么讨论顺序是以字节为单位 因为内存的基本单位是一字节一个地址管理一个内存单元一字节只有大于一字节才有顺序这一说。 为什么有大端和小端 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8 bit的char之外还有16 bit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ARMDSP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.浮点型在内存中的存储
常见的浮点数 3.14 1E10 1.0 * 10^10科学计数法 浮点数家族包括float、double、long double 类型。 浮点数表示的范围在float.h中定义可以找到这个头文件查看, 如下所示 3.1 一个例子
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;
}3.2 浮点数的存储规则
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。 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S0V为正数当S1V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S0M1.01E2。 十进制的-5.0写成二进制是 -101.0 相当于 -1.01×2^2 。那么S1M1.01E2。 IEEE 754规定 对于32位的浮点数float最高的1位是符号位S接着的8位是指数E剩下的32位为有效数字M。 对于64位的浮点数double)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。 注意1. 浮点数没有原码、反码、补码。只有整型有原码、反码、补码。 ------ 2. 有几位有效数字这种类型的精度就到几。
IEEE 754对有效数字M有一些特别规定 前面说过1≤M2, 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舍去以后就可以保存23位小数就等于可以保存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这样就用无符号整型表示出了负数对于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10127137即10001001。 有些小伙伴可能会有疑问如果一个一个数的指数E是负数并且加上中间数仍为负数怎么办 出现了这种情况那就说明这个数的范围超出了当前这个数的浮点型范围这个数需要更大的浮点型。 3.3指数E从内存中取出的三种情况
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。 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。 注意对于一些浮点数它不能通过二进制准确的表示出来。比如0.140.20.3等就无法用二进制数字来精确地表示出来这就导致了部分浮点数在内存中很难被精确保存。
3.3一个例子的解释
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;取出浮点数 让我们回到一开始的问题为什么以单精度浮点型指针pFloat的视角打印9得到的结果却是0.000000 首先先将整型9拆分因为在内存中存储的都是二进制所以拆分的是9的二进制。 9 — 0 00000000 00000000000000000001001 我们是站在pFloat的视角打印的9在pFloat的视角下地址都是float*地址在内存中管理的空间上的数据是float类型的。我们要取出打印这个单精度浮点数就要找到第1位符号位S后面的8位指数E最后的23位有效数字M。 由上面的二进制可知S 0E 00000000M 00000000000000000001001 因为E为全0所以指数E应该为1 - 127 -126有效数字M不在是1.xxxxx…的小数而是还原为0.xxxx…的小数。 因此浮点数V就写成了 V (-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^(-126) 很显然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
存储浮点数 我们再看例题的第二部分pFloat指向的数据n的地址所管理的空间上的数据已经被改为了float类型数据9.0。 但在int 类型的n的视角下还把float类型的9.0当作整型以整型的形式打印9.0。 我们先来思考一下9.0在内存中的32位二进制是什么样的 9.0 --1001.0 -- (-1)^0 * 1.001 * 2^3 -- S 0, M 1.001, E(十进制 3 127 130 所以二进制中第一位符号位S 0有效数字位为001后面补0凑满23位 指数E为130的二进制 10000010 。 9.0的二进制即为0 10000010 00100000000000000000000 转换成十进制正是 1091567616 。
4.总结
好啦这就是本篇文章的所有内容了本篇文章主要详细讲述了整型和浮点型数据在内存中的存储两者有很大差异。最后感谢大家的阅读点赞收藏加关注C语言学习不迷路
