美团做团购网站,网页游戏链接大全,客户关系管理名词解释,缪斯设计网站文章目录 1. 整数在内存中的存储2. 大小端字节序和字节序判断2. 1 什么是大小端#xff1f;2. 2 为什么会有大小端#xff1f;2. 3 练习 3. 浮点数在内存中的存储3. 1 一个代码3. 2 浮点数的存储3. 2. 1 浮点数存的过程3. 2. 2 浮点数取的过程3. 3 题目解析 1. 整数在内存中的… 文章目录 1. 整数在内存中的存储2. 大小端字节序和字节序判断2. 1 什么是大小端2. 2 为什么会有大小端2. 3 练习 3. 浮点数在内存中的存储3. 1 一个代码3. 2 浮点数的存储3. 2. 1 浮点数存的过程3. 2. 2 浮点数取的过程3. 3 题目解析 1. 整数在内存中的存储
在操作符的博客中我们就了解过了下面的内容
整数的二进制表示方法有三种即原码、反码和补码有符号的整数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”最高位的一位是被当做符号位剩余的都是数值位。正整数的原、反、补码都相同。 负整数的三种表示方法各不相同。原码直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到的就是原码 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。
实际上对于整形来说数据存放在内存中的是补码。 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。 关于 其运算过程是相同的 这一点正整数不必赘述负数的补码是原码取反1如果要从补码得到原码的操作应该是-1再取反但实际上由于是二进制取反1也能得到原码因此说补码和反码的转换是相同的。
2. 大小端字节序和字节序判断
在了解了数据整数在内存中的存储之后我们通过调试来看一个细节 来看这个代码
#includestdio.h
int main()
{int a 0x11223344;return 0;
}这里给int 变量a赋值了八进制的 11223344那它在内存中是这么存储的吗我们来看一看 调试的时候我们可以看到在a中的 0x11223344 这个数字是按照字节为单位倒着存储的。这是为什么呢?
2. 1 什么是大小端
其实超过一个字节的数据在内存中存储的时候就有存储顺序的问题按照不同的存储顺序我们分为大端字节序存储和小端字节序存储下面是具体的概念:
大端(存储)模式: 是指数据的低位字节内容保存在内存的高地址处而数据的高位字节内容保存在内存的低地址处。
小端(存储)模式: 是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处而数据的高位字节内容保存在内存的高地址处。
也就是说倒着存储的就是小端字节序。
2. 2 为什么会有大小端
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 位但是在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)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:-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 放在低地址即 0x0010 中0x22 放在高地址即 0x0011 中。小端模式则刚好相反。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。
2. 3 练习
练习一 请简述大端字节序和小端字节序的概念设计个小程序来判断当前机器的字节序。(10分)-百度笔试题 怎么来判断当前机器的字节序呢既然是程序那当然不能通过调试来看。 我们可以想一想 int 类型和 char 类型来判断
#includestdio.hint check()
{int a 1;return *(char*)a;
}int main()
{if (check())printf(小端);elseprintf(大端);return 0;
}下面我们来分析一下这个 check 程序的原理 如果说机器是小端存储的那么它在内存中就是
01 00 00 00而 a 得到的是 a 的这4个字节的第一个字节的地址也就是 01 这个字节将其强制类型转换为 char* 再解引用得到的就是 1。 如果是小段字节序得到的就是0。
那么除了用这样的办法以外我们还可以使用联合体这一自定义结构
#includestdio.hint check()
{union c{int a;char b;}tmp;tmp.a 1;return tmp.b;
}int main()
{if (check())printf(小端);elseprintf(大端);return 0;
}这里简要介绍一下联合体它和结构体一样都是C语言提供的自定义类型创建与使用都十分地相似不同之处在于联合体中的每一个变量都是存储在同一个地址中的。也就是说上面这个联合体的 a 变量有4个字节而另一个 变量 b 就是 a 的第一个字节那么新的 check 函数和上面的 check 函数的原理和结果都是相同的。
练习二
#include stdio.h
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;
}输出结果为
首先我们先要知道 char 类型是有符号还是无符号的事实上这取决于编译器但大多数的编译器包括VS2022 char signed char。
我们继续分析 -1的补码很容易算是
11111111111111111111111111111111那么在将其赋值给不同的 char 类型变量时会把内存中的第一个字节的内容也就是
11111111赋值过去所以a,b,c三个变量存储的都是这个。 当 a 在打印时使用了%d占位符要发生整形提升而且a是有符号的类型发生整形提升时高位补原来的最高位也就是1
11111111111111111111111111111111再进行打印就是-1。 b与a同理。
我们再来看cc是无符号类型发生整形提升时高位补0得到的就是
00000000000000000000000011111111再进行打印就是255。 所以这个代码的运行结果是 练习三
//代码一
#include stdio.h
int main()
{char a -128;printf(%u\n, a);return 0;
}
//代码二
#include stdio.h
int main()
{char a 128;printf(%u\n, a);return 0;
}这两段代码的输出结果分别是什么 代码一 -128的反码是
11111111111111111111111110000000那么放入a的就是
10000000%u是unsigned int 所以要发生整形提升。a是有符号的高位补1就是
11111111111111111111111110000000那么代码一的结果就是将这个数以无符号的形式打印出来。 也就是 代码二 128的反码和原码相同也就是
00000000000000000000000010000000那么放入 a 的就是
10000000再进行整形提升就是
11111111111111111111111110000000把这个数按照 %u 的格式打印出来就是结果了 练习四
#include stdio.h
int main()
{char a[1000];int i;for (i 0; i 1000; i){a[i] -1 - i;}printf(%d, strlen(a));return 0;
}提示\0的ASCII码值为0。 要计算出哪一个位置会得到0我们先要算出如果a[i]是 0 等号右边应该是什么样的数 a[i]是char变量取的是-1-i在内存中的的最后一个字节的内容很显然 -1-i 恒为负数那么最后一个字节的内容如果是00000000那么在原码中最后一个字节的内容应该是00000000最大的满足这个的原码是10000000000000000000000100000000也就是-256那么此时的i就是255所以a的长度应该是255. 练习五
//代码一
#include stdio.h
unsigned char i 0;
int main()
{for (i 0; i 255; i){printf(hello world\n);}return 0;
}
//代码二
#include stdio.h
int main()
{unsigned int i;for (i 9; i 0; i--){printf(%u\n, i);}return 0;
}代码一 i255是恒成立的为什么 unsigned char 类型的最大值是255如果此时再1就会变成多少呢 我们通过一个代码来测试
#includestdio.h
int main()
{unsigned char a 255;a;printf(%d, a);return 0;
}可以看到此时a又变成了 unsigned char 的最小值0。 那么上面的循环就是一个死循环会不停地打印hello world。 代码二 unsigned int 的取值范围最小为0再-1会变成什么呢 我们还是通过一个代码来分析
#includestdio.h
int main()
{unsigned int a 0;a--;printf(%u, a);//注意使用 %u 占位符return 0;
}可以看到a变成了 unsigned int 的最大值所以上面的循环也是一个死循环会不停地打印 i 的值。 练习六
#include stdio.h
//X86环境 小端字节序
int main()
{int a[4] { 1, 2, 3, 4 };int* ptr1 (int*)(a 1);int* ptr2 (int*)((int)a 1);printf(%x,%x, ptr1[-1], *ptr2);return 0;
}关于ptr1在指针系列中我已经讲解过这里只做简要说明不明白可以看我的指针系列文章a1跳过整个数组再强制类型转换为int*ptr1[-1]就是取ptr1 的上一个数字也就是 4按照16进制打印还是4. 我们重点来看 ptr2首先将 a强制类型转换为int这里a是指数组的首元素的地址假设是0x00115511再1得到0x00115512再强制类型转换为int*也就是相对原来的位置向后走了一个字节那么此时ptr2是多少 我们画图来分析 那么此时的ptr2就是0x02000000。
3. 浮点数在内存中的存储
浮点数表示的范围:float.h中定义 常见的浮点数:3.14159、1E10等浮点数家族包括: float、double、long double 类型。
3. 1 一个代码
#include stdio.h
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;
}输出结果为 上面的代码中 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?
3. 2 浮点数的存储
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。 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 V (−1) S * M ∗ 2E 其中 (−1) S 表示符号位当S0V为正数当S1V为负数 M 表示有效数字M是大于等于1小于2的 2E 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 1.01x2^2。 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-1.01x22。那么S1M1.01E2。
IEEE 754规定: 对于32位的浮点数最高的1位存储符号位S接着的8位存储指数E剩下的23位存储有效数字M 对于64位的浮点数最高的1位存储符号位S接着的11位存储指数E剩下的52位存储有效数字M float: double:
3. 2. 1 浮点数存的过程
IEEE754 对有效数字M和指数E还有一些特别规定。
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。
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位它的取借范围为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IEEE754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10127137即10001001。
3. 2. 2 浮点数取的过程
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 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-1127(中间值)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 00000000000000000000000E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)
3. 3 题目解析
先看第1环节为什么 9 还原成浮点数就成了 0.000000 9 以整型的形式存储在内存中得到如下二进制序列
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001首先将 9的二进制序列按照浮点数的形式拆分得到第一位符号位s0后面8位的指数 E00000000最后23位的有效数字M000 0000 0000 0000 00001001。 由于指数E全为0所以符合E为全0的情况。因此浮点数V就写成:
V(-1)^0 x 0.00000000000000000001001x2^(-126)1.001x2^(-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。
再看第2环节浮点数9.0为什么整数打印是1091567616 首先浮点数9.0等于二进制的1001.0即换算成科学计数法是:1.001x2^3 所以:9.0 (-1)0*(1.001)*23 那么第一位的符号位S0有效数字M等于001后面再加20个0凑满23位指数E等于3127130 即10000010 所以写成二进制形式应该是SEM即
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000这个32位的二进制数被当做整数来解析的时候就是整数在内存中的补码原码正是 1091567616。
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