C语言数据的存储详解

数据类型的介绍

数据类型存在的意义

  • 为变量开辟的空间大小(大小决定了使用范围)
  • 取数据的时候按照什么格式取出(先看大小端,在看数据类型(用来解析二进制数据的方式))

整形

char

  • unsigned char
  • signed char

short

  • unsigned short [int]
  • signed short [int]

int

  • unsigned int
  • signed int

long

  • unsigned long [int]
  • signed long [int]

注意:默认的char,short,int 在VS都是signed

……

浮点型

float

double

构造类型

数组

结构体

枚举

联合体

指针类型

int* pi;

char* pc;

void* pv;

void空类型

void 表示空类型,没有给定类型

通常应用于指针类型

整数在内存中的存储

我们都知道 int类型的数据在内存中被分配了四个字节的空间,那么他们在内存中如何存储呢?

int a = 20;

int b = -10;

原反补的介绍

计算机中的整数有三种表示方法,即原码、反码、补码

原码:直接将十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,其他位取反即可得到

补码:反码 + 1

注意:整数的 原反补 相同

对于整形数据来说,在内存中存的其实是补码,为什么?

使用补码,可以将符号位和数值域统一处理,同时,加法和减法可以统一处理(CPU只有加法器),不需要额外的硬件电路,减少了开销

看看变量在内存中的存储:

C语言数据的存储详解_第1张图片

我们会看到a,b存储的是补码,但是字节的顺序有点有对,这就是整形数据存储的大小端问题,也叫字节序问题

大小端的介绍

大端存储: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: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

存在的原因:

我们都知道在计算机系统中,都是以字节为单位的,每个地址单元管理一个字节的空间大小,但是在C语言中如 int 有4字节等,所以对于32位或者64位的处理器来说,就必然存在着4个字节的排放顺序,因此就出现了大小端存储的问题,也成为字节序问题,上述代码就是小端存储(VS底下的代码)

面试例题

百度2015年系统工程师笔试题:

请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

// 代码1 - 利用char类型的指针一次访问一个字节的特性
#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; 
 }
 
//代码2 - 联合体
int check_sys()
{
	 union
	 {
		 int i;
		 char c;
	 }un;
	 
	 un.i = 1;
	 
 	return un.c; 
 }

练习

1.
#include 
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0; 
}

C语言数据的存储详解_第2张图片

C语言数据的存储详解_第3张图片

2.
	int i= -20;
	unsigned  int  j = 10;
	printf("%d\n", i+j);

// 这里就是i+j是个表达式,先算表达式的值,在%d打印
// 表达式计算的时候是基于补码进行的,跟类型是无关的
// 11111111 11111111 11111111 11101100
// 00000000 00000000 00000000 00001010
// -------------------------------------+
// 11111111 11111111 11111111 11110110  - 计算后的补码
// 10000000 00000000 00000000 00001010  - 最后结果-10
3.
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
    {
        a[i] = -1-i;
    }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0; }

补充

  • 存:字面数据必须先转成补码,在放入空间当中。所以,所谓符号位,完全看数据本身是否携带±号。和变量是否有符号 无关!
  • 取:取数据一定要先看变量本身类型,然后才决定要不要看最高符号位。如果不需要,直接二进制转成十进制。如果需 要,则需要转成原码,然后才能识别。(当然,最高符号位在哪里,又要明确大小端)

浮点数在内存中的存储

3.14159,1E10(1^10)都是我们常见的浮点数,而C语言中定义的浮点数有float和double常见的两种类型,两种类型范围被定义在头文件float.h中

存储规则讲解

看上面代码,我们很容易发现num和*pfloat在内存明明访问的是同一块空间,为什么浮点数和整数的解读差别这么大呢,下面我们讲讲浮点数的存储规则。

国际IEEE(电气和电子工程协会)754规定,任何一个二进制浮点数V都可以表示成下面的形式:

  • (-1)^S * M * 2^E
  • (-1)^S表示符号位,S=0时,表示正数;S=1时,表示负数
  • M表示有效数字,1 <= M <2
  • E表示指数位

举例

十进制5.0,写成二进制101.0,科学计数法:1.01 * 2^2

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

C语言数据的存储详解_第4张图片

IEEE754的特别规定

有效位M

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。

IEEE754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。

指数E

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0255;如果E为11位,它的取值范围为02047。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 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。

E取出分为三种情况
  • 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,则为

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);

案例

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;
}

C语言数据的存储详解_第5张图片

C语言数据的存储详解_第6张图片

float用%d打印的特例讲解

C语言数据的存储详解_第7张图片

这里我们会发现%d打印浮点数的时候结果为0

而%lld打印的结果和double存储变量的结果一样的

原因:

在可变长参数函数(例如printf函数)或者不带原型声明函数中,在调用该函数时C自动进行类型提升(在调用函数时如果声明这个函数那么则不会提升),提升如下:

  • float类型的实际参数将提升到double
  • char、short和相应的signed、unsigned类型的实际参数提升到int
  • 如果int不能存储原值,则提升到unsigned int 然后,调用者将提升后的参数传递给被调用者。

C标准对默认实际参数提升规则有明确规定。也就是说, 带有可变长参数列表的函数,

绝对不会接受到char类型的实际参数。

以上所述是小编给大家介绍的C语言数据的存储详解,希望对大家有所帮助。在此也非常感谢大家对脚本之家网站的支持!

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