本章重點(diǎn)
1. 數(shù)據(jù)類(lèi)型詳細(xì)介紹
2. 整形在內(nèi)存中的存儲(chǔ)：原碼、反碼、補(bǔ)碼
3. 大小端字節(jié)序介紹及判斷
4. 浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)解析
目錄
1. 數(shù)據(jù)類(lèi)型介紹
1.1 類(lèi)型的基本歸類(lèi)
2. 整形在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
2.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼
2.2 大小端介紹
2.3 練習(xí)
2.4 unsigned char 和 signed char的區(qū)別
3. 浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
3.1 一個(gè)例子
3.2 浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)規(guī)則
1. 數(shù)據(jù)類(lèi)型介紹
前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了基本的內(nèi)置類(lèi)型：
?以及他們所占存儲(chǔ)空間的大小。
其中int表示的數(shù)據(jù)范圍：
?short表示的數(shù)據(jù)范圍：
?char表示的數(shù)據(jù)范圍：
類(lèi)型的意義：
1. 使用這個(gè)類(lèi)型開(kāi)辟內(nèi)存空間的大?。ù笮Q定了使用范圍）。
2. 如何看待內(nèi)存空間的視角.
1.1 類(lèi)型的基本歸類(lèi)
整形家族：
浮點(diǎn)數(shù)家族：
構(gòu)造類(lèi)型：
?構(gòu)造類(lèi)型也是自定義類(lèi)型
指針類(lèi)型
空類(lèi)型：
void 表示空類(lèi)型（無(wú)類(lèi)型）
通常應(yīng)用于函數(shù)的返回類(lèi)型、函數(shù)的參數(shù)、指針類(lèi)型
2. 整形在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
我們之前講過(guò)一個(gè)變量的創(chuàng)建是要在內(nèi)存中開(kāi)辟空間的。空間的大小是根據(jù)不同的類(lèi)型而決定的。
那接下來(lái)我們談?wù)剶?shù)據(jù)在所開(kāi)辟內(nèi)存中到底是如何存儲(chǔ)的？
下來(lái)了解下面的概念：
2.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼
計(jì)算機(jī)中的整數(shù)有三種2進(jìn)制表示方法，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。
三種表示方法均有符號(hào)位和數(shù)值位兩部分，符號(hào)位都是用0表示“正”，用1表示“負(fù)”，而數(shù)值位
正數(shù)的原、反、補(bǔ)碼都相同。
負(fù)整數(shù)的三種表示方法各不相同。
原碼
直接將數(shù)值按照正負(fù)數(shù)的形式翻譯成二進(jìn)制就可以得到原碼。
反碼
將原碼的符號(hào)位不變，其他位依次按位取反就可以得到反碼。
補(bǔ)碼
反碼+1就得到補(bǔ)碼。
以10和-10為例，我們來(lái)寫(xiě)出它的原碼，反碼和補(bǔ)碼：
4個(gè)字節(jié)有32個(gè)比特位，因此一個(gè)int類(lèi)型有32個(gè)二進(jìn)制位
10：
?-10：
?通過(guò)調(diào)試，我們可以看到10和-10在內(nèi)存中的存儲(chǔ)（以16進(jìn)制的形式）：
?可以證明內(nèi)存中存的是補(bǔ)碼，而且是倒著存放的
對(duì)于整形來(lái)說(shuō)：數(shù)據(jù)存放內(nèi)存中其實(shí)存放的是補(bǔ)碼。
為什么呢？
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補(bǔ)碼來(lái)表示和存儲(chǔ)。原因在于，使用補(bǔ)碼，可以將符號(hào)位和數(shù)值域統(tǒng) 一處理；
同時(shí)，加法和減法也可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器）此外，補(bǔ)碼與原碼相互轉(zhuǎn)換，其運(yùn)算過(guò)程 是相同的，不需要額外的硬件電路。
假設(shè)我們用原碼來(lái)計(jì)算1-1，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果是錯(cuò)的：
?用補(bǔ)碼的方式來(lái)計(jì)算：
2.2 大小端介紹
什么大端小端：
大端（存儲(chǔ)）模式，是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址 中；
小端（存儲(chǔ)）模式，是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位,，保存在內(nèi)存的高地 址中。
為什么有大端和小端：
為什么會(huì)有大小端模式之分呢？
????????這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們是以字節(jié)為單位的，每個(gè)地址單元 都對(duì)應(yīng)著一個(gè)字節(jié)，一個(gè)字節(jié)為8 bit。但是在C語(yǔ)言中除了8 bit的char之外，還有16 bit的short 型，32 bit的long型（要看具體的編譯器），另外，對(duì)于位數(shù)大于8位的處理器，例如16位或者32 位的處理器，由于寄存器寬度大于一個(gè)字節(jié)，那么必然存在著一個(gè)如何將多個(gè)字節(jié)安排的問(wèn)題。因 此就導(dǎo)致了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式。
例如：一個(gè) 16bit 的 short 型 x ，在內(nèi)存中的地址為 0x0010 ， x 的值為 0x1122 ，那么 0x11 為 高字節(jié)， 0x22 為低字節(jié)。對(duì)于大端模式，就將 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高 地址中，即 0x0011 中。小端模式，剛好相反。我們常用的 X86 結(jié)構(gòu)是小端模式，而 KEIL C51 則 為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來(lái)選擇是大端模式 還是小端模式。
百度2015年系統(tǒng)工程師筆試題：
請(qǐng)簡(jiǎn)述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設(shè)計(jì)一個(gè)小程序來(lái)判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序（10分）
//小端返回1 大端返回0
int check_sys()
{
int a = 1;
if (*(char*)&a == 1)
return 1;
else
return 0;
}
int main()
{
int sz = check_sys();
if (sz == 1)
{
printf("小端存儲(chǔ)");
}
else
{
printf("大端存儲(chǔ)");
}
return 0;
}2.3 練習(xí)
1.下面代碼輸出結(jié)果是什么：
?分析：
?最終輸出結(jié)果：
2.下面代碼輸出結(jié)果是什么：
?
?分析：
?3.下面代碼輸出結(jié)果是什么：
??分析：
?4.下面代碼輸出結(jié)果是什么：
??分析：
??5.下面代碼輸出結(jié)果是什么：
?這段代碼會(huì)輸出一個(gè)無(wú)限循環(huán)，因?yàn)闊o(wú)符號(hào)整型 i 的取值范圍是 [0, 2^32-1]，而當(dāng) i 等于 0 時(shí)，i-- 會(huì)導(dǎo)致 i 變成 2^32-1，而不是 -1。因此，循環(huán)條件 i >= 0 總是成立，導(dǎo)致無(wú)限循環(huán)。
6.下面代碼輸出結(jié)果是什么：
?7.下面代碼輸出結(jié)果是什么：
?結(jié)果是死循環(huán)的打印”hello world"
原因：unsigned char 表示的范圍為0~255
由于i是無(wú)符號(hào)字符型變量，所以當(dāng)它的值達(dá)到255時(shí)會(huì)發(fā)生溢出，i的值會(huì)從255變?yōu)?，程序會(huì)一直循環(huán)輸出"hello world"，這個(gè)過(guò)程會(huì)一直持續(xù)下去。
2.4 unsigned char 和 signed char的區(qū)別
C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有規(guī)定char是有符號(hào)char還是無(wú)符號(hào)char，但再VS編譯器中char默認(rèn)為有符號(hào)char
?當(dāng)unsigned char和 signed char在不斷地加1時(shí)，它們有如下的變化規(guī)律：
同理，我們還可以得出：
?
?
3. 浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
常見(jiàn)的浮點(diǎn)數(shù)：
3.14159
1E10 浮點(diǎn)數(shù)家族包括： float、double、long double 類(lèi)型。
浮點(diǎn)數(shù)表示的范圍：float.h中定義
3.1 一個(gè)例子
#include<stdio.h>
int main()
{
int n = 9;
float* pFloat = (float*)&n;
printf("n的值為：%d\n", n);
printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
*pFloat = 9.0;
printf("num的值為：%d\n", n);
printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
return 0;
}?程序輸出結(jié)果：
3.2 浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)規(guī)則
num 和 *pFloat 在內(nèi)存中明明是同一個(gè)數(shù)，為什么浮點(diǎn)數(shù)和整數(shù)的解讀結(jié)果會(huì)差別這么大？
要理解這個(gè)結(jié)果，一定要搞懂浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示方法。
詳細(xì)解讀：
根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE（電氣和電子工程協(xié)會(huì)） 754，任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示成下面的形式：
????????(-1)^S * M * 2^E
- (-1)^S表示符號(hào)位，當(dāng)S=0，V為正數(shù)；當(dāng)S=1，V為負(fù)數(shù)。
- M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2。
- 2^E表示指數(shù)位。
?IEEE 754規(guī)定：
對(duì)于32位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位是符號(hào)位S，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位為有效數(shù)字M。
?對(duì)于64位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位是符號(hào)位S，接著的11位是指數(shù)E，剩下的52位為有效數(shù)字M。
?IEEE 754對(duì)有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定。
前面說(shuō)過(guò)， 1≤M<2 ，也就是說(shuō)，M可以寫(xiě)成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小數(shù)部分。
IEEE 754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存M時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的 xxxxxx部分。比如保存1.01的時(shí)候，只保存01，等到讀取的時(shí)候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節(jié)省1位有效數(shù)字。以32位 浮點(diǎn)數(shù)為例，留給M只有23位，將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數(shù)字。
至于指數(shù)E，情況就比較復(fù)雜。
首先，E為一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)（unsigned int）這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0~255；如果E為11位，它的取值范圍為0~2047。但是，我們 知道，科學(xué)計(jì)數(shù)法中的E是可以出 現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內(nèi)存時(shí)E的真實(shí)值必須再加上一個(gè)中間數(shù)，對(duì)于8位的E，這個(gè)中間數(shù)是127；對(duì)于11位的E，這個(gè)中間數(shù)是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，必須保存成10+127=137，即 10001001。
以5.5為例：
?我們?cè)赩S編譯器上驗(yàn)證一下：
我們可以發(fā)現(xiàn)5.5在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式和我們分析出來(lái)的是一樣的 。
然后，指數(shù)E從內(nèi)存中取出還可以再分成三種情況：
E不全為0或不全為1
這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計(jì)算值減去127（或1023），得到真實(shí)值，再將 有效數(shù)字M前加上第一位的1。
比如： 0.5（1/2）的二進(jìn)制形式為0.1，由于規(guī)定正數(shù)部分必須為1，即將小數(shù)點(diǎn)右移1位，則為 1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為 01111110，而尾數(shù)1.0去掉整數(shù)部分為0，補(bǔ)齊0到23位00000000000000000000000，則其二進(jìn) 制表示形式為:
?E全為0
這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實(shí)值， 有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示±0，以及接近于 0的很小的數(shù)字。
E全為1
這時(shí)，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無(wú)窮大（正負(fù)取決于符號(hào)位s）；
以上就是浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)規(guī)則了。我們?cè)賮?lái)回顧之前那段代碼：文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-476239.html
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到了這里，關(guān)于C語(yǔ)言——數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
