?? 作者：阿輝不一般
?? 你說呢：生活本來沉悶，但跑起來就有風(fēng)
?? 專欄：愛上C語言
??作圖工具：draw.io(免費(fèi)開源的作圖網(wǎng)站)

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??前言

大家好啊??！今天阿輝將為大家介紹C語言中整型和浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)的，?包括進(jìn)制轉(zhuǎn)換，原碼，反碼，補(bǔ)碼以及大小端，接下來還會(huì)介紹關(guān)于原反補(bǔ)碼的相關(guān)例題關(guān)注阿輝不迷路哦 ?? ，內(nèi)容干貨滿滿??，接下來就跟著阿輝一起學(xué)習(xí)吧??

??數(shù)據(jù)類型

• 整型

char
unsigned char——無符號(hào)
signed char——有符號(hào)
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed long [int]
long long

大家可能會(huì)疑惑char不是字符類型嗎？
因?yàn)樽址趦?nèi)存是以ASCII值存儲(chǔ)的所以也可以劃分到整型

• 浮點(diǎn)型

float   單精度浮點(diǎn)型
double   雙精度浮點(diǎn)型

• 構(gòu)造類型

數(shù)組類型
結(jié)構(gòu)體類型 struct
枚舉類型   enum
聯(lián)合類型   union

• 指針類型

int * ip;
char * cp;
float * fp;
void * vp;

空類型：void 表示空類型（無類型）通常應(yīng)用于函數(shù)的返回類型、函數(shù)的參數(shù)、指針類型
數(shù)據(jù)的類型決定了內(nèi)存為所存數(shù)據(jù)開辟空間的大小，以及數(shù)據(jù)是如何存進(jìn)內(nèi)存中又是如何從內(nèi)存中取出的

給一個(gè)類型比如int和float我們知道它倆都在內(nèi)存中占4個(gè)字節(jié)
那它倆創(chuàng)建的變量的數(shù)據(jù)在所開辟內(nèi)存中到底是如何存儲(chǔ)的

??整型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

??進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

C語言規(guī)定表示八進(jìn)制數(shù)要前面加個(gè)數(shù)字0，表示十六進(jìn)制數(shù)要在前面加0x
而十進(jìn)制數(shù)什么都不用加就表示十進(jìn)制數(shù)
十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制：

二進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制：

8進(jìn)制的數(shù)字每?位是0 ~ 7，0~7的數(shù)字，各自寫成2進(jìn)制，最多有3個(gè)2進(jìn)制位就足夠了，比如7的二進(jìn)制是111，所以在2進(jìn)制轉(zhuǎn)8進(jìn)制數(shù)的時(shí)候，從2進(jìn)制序列中右邊低位開始向左每3個(gè)2進(jìn)制位會(huì)換算一個(gè)8進(jìn)制位，剩余不夠3個(gè)2進(jìn)制位的直接換算

??栗子
2進(jìn)制的01101011，換成8進(jìn)制：0153，0開頭的數(shù)字，會(huì)被當(dāng)做8進(jìn)制

二進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制：

16進(jìn)制的數(shù)字每?位是0~ 9,a ~ f 的，0~9,a ~f的數(shù)字，各自寫成2進(jìn)制，最多有4個(gè)2進(jìn)制位就足夠了，比如 f 的二進(jìn)制是1111，所以在2進(jìn)制轉(zhuǎn)16進(jìn)制數(shù)的時(shí)候，從2進(jìn)制序列中右邊低位開始向左每4個(gè)2進(jìn)制位會(huì)換算?個(gè)16進(jìn)制位，剩余不夠4個(gè)二進(jìn)制位的直接換算。
十六進(jìn)制中10~15用a,b,c,d,e,f表示

??栗子
2進(jìn)制的01101011，換成16進(jìn)制：0x6b，16進(jìn)制表示的時(shí)候前?加0x

整形在內(nèi)存中都是以補(bǔ)碼的形式來存儲(chǔ)的，什么補(bǔ)碼是什么？
我們接著看??

??原碼、反碼和補(bǔ)碼

符號(hào)位就是二進(jìn)制數(shù)的最高位，符號(hào)位為1該數(shù)為負(fù)數(shù)，為0該數(shù)為正數(shù)
正數(shù)的原反補(bǔ)碼相同
而負(fù)數(shù)的原反補(bǔ)碼需要按以下方式計(jì)算：

• 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

由補(bǔ)碼得到原碼同樣可以將補(bǔ)碼的符號(hào)位不變，其他位依次按位取反就可以然后+1就得到原碼

這里我們以整型中最常見的int為例，為大家介紹整型在內(nèi)存中是如何存儲(chǔ)的
int占4個(gè)字節(jié)也就是32個(gè)比特位
??栗子

int a = 20;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100  -> 原碼
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100  -> 反碼
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100  -> 補(bǔ)碼
0x 00 00 00 14 -> 20的補(bǔ)碼十六進(jìn)制表示
int b = -10;
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010  ->原碼
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101  ->反碼//原碼符號(hào)位不變，其他位按位取反
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110  ->補(bǔ)碼//反碼+1
0xff ff ff ff f6 -> -1的補(bǔ)碼十六進(jìn)制表示

整型是以二進(jìn)制形式在內(nèi)存中存儲(chǔ)，但是二進(jìn)制數(shù)太長不好展示，在vs2022環(huán)境中調(diào)試內(nèi)存是以十六進(jìn)制來展示的（以下圖片均來自vs2022x86環(huán)境下調(diào)試結(jié)果）

對(duì)于正數(shù)的存儲(chǔ)我們并不能得到內(nèi)存是以補(bǔ)碼來存儲(chǔ)整型，我們來看看負(fù)數(shù)

通過上面的演示我們知道整型在內(nèi)存中是以二進(jìn)制形式的補(bǔ)碼來存儲(chǔ)的，這是為什么呢？

原因在于，使?補(bǔ)碼，可以將符號(hào)位和數(shù)值域統(tǒng)?處理；
同時(shí)，加法和減法也可以統(tǒng)?處理（CPU只有加法器）此外，補(bǔ)碼與原碼相互轉(zhuǎn)換，其運(yùn)算過程是
相同的，不需要額外的硬件電路

但是你們有沒有發(fā)現(xiàn)在內(nèi)存中這些數(shù)字是倒著存的
這是為什么呢？我們接著往下↓看

??大小端字節(jié)序

我們了解了整型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)，但是呢卻是倒著存的，我們來看看??
??栗子

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 0x11223344; 十六進(jìn)制數(shù)便于觀察
 return 0;
}

這就得提一個(gè)重要的概念就是大小端??
什么是大小端？
其實(shí)超過一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲(chǔ)的時(shí)候，就有存儲(chǔ)順序的問題，按照不同的存儲(chǔ)順序，我們分為大端字節(jié)序存儲(chǔ)和小端字節(jié)序存儲(chǔ)，下面是具體的概念：
什么是字節(jié)序呢，就是以字節(jié)為單位進(jìn)行排序，每個(gè)字節(jié)為一個(gè)整體

大端（存儲(chǔ)）模式：是指數(shù)據(jù)的低位字節(jié)內(nèi)容保存在內(nèi)存的高地址處，而數(shù)據(jù)的高位位字節(jié)內(nèi)容，保存在內(nèi)存的低地址處。
小端（存儲(chǔ)）模式：是指數(shù)據(jù)的低位字節(jié)內(nèi)容保存在內(nèi)存的低地址處，而數(shù)據(jù)的高位字節(jié)內(nèi)容，保存在內(nèi)存的高地址處

從上圖我們可以知道vs2022為小端模式
為什么會(huì)有大小端呢？

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?個(gè)字節(jié)，?個(gè)字節(jié)為8bit 位，但是在C語?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?個(gè)如何將多個(gè)字節(jié)安排的問題。因此就導(dǎo)致了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式

那么如何利用一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼來判斷當(dāng)前機(jī)器是什么字節(jié)序呢，我們接著看??

#include <stdio.h>
int check_sys()//封裝一個(gè)函數(shù)判斷當(dāng)前機(jī)器為何種模式
{
	 int i = 1;
	 數(shù)字1為int類型有4個(gè)字節(jié)補(bǔ)碼為
	 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
	 如果是小端模式它的低地址第一個(gè)字節(jié)是0000 0001
	 如果是大端模式它的低地址第一個(gè)字節(jié)是0000 0000
	 return (*(char *)&i);
	 而將&i強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為char*類型后，對(duì)&i解引用操作僅能訪問一個(gè)字節(jié)
	 如果是小端模式那返回值就是1
	 如果是大端模式那返回值就是0
}
int main()
{
	 int ret = check_sys();
	 if(ret == 1)
	 {
		 printf("?端\n");
	 }
	 else
	 {
		 printf("?端\n");
	 }
	 return 0;
}

上述我通過int類型來介紹了大小端，但并非只有int類型要用大小端字節(jié)序來存儲(chǔ)，只要是空間大于一個(gè)字節(jié)都會(huì)用大小端字節(jié)序來存儲(chǔ)包括整型以及浮點(diǎn)型

??浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

浮點(diǎn)型包括float double long double，那么浮點(diǎn)型又是如何存儲(chǔ)的呢，是否與整型相同呢？我們接著看??

??浮點(diǎn)型的存儲(chǔ)規(guī)則

根據(jù)國際標(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，S為1表示負(fù)數(shù)，S為0表示正數(shù)
• $M$表示有效數(shù)字，$M$的值大于等于1，小于2
• $2^E$表示指數(shù)位

有點(diǎn)懵，沒關(guān)系我舉個(gè)??栗子

比如一個(gè)浮點(diǎn)數(shù) 5.0f
5.0用二進(jìn)制表示就是101.0
而101.0 = (-1)^0 * 1.01 * 2^2//這里(-1)^0表示-1的0次方，*表示乘號(hào)
而S = 0,M = 1.01,E = 2 
而 -5.0f
就可以表示為(-1)^1 * 1.01 * 2^2
S = 1,M = 1.01,E = 2 

IEEE 754規(guī)定：
對(duì)于32位的浮點(diǎn)數(shù)也就是float類型，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。
前面說過， 1≤M<2 ，也就是說，M可以寫成 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1.11的時(shí)候，只保存11，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

??栗子

float f = 5.5f;
它的二進(jìn)制表示101.1//0.5是2的-1次方
也等于(-1)^0 * 1.011 * 2^2
其中S = 0,M = 1.011,E = 2 + 127 = 129
129的二進(jìn)制表示10000001

但是存在一些浮點(diǎn)數(shù)是無法表示出來的。小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)無法完整地表示出來，可能總是差一點(diǎn)點(diǎn)。可能會(huì)出現(xiàn)精度的缺失
以上我們了解了浮點(diǎn)數(shù)是如何存入內(nèi)存中的，那我們?nèi)绾稳〕鰜砟兀课覀兘又??

??浮點(diǎn)數(shù)的讀取規(guī)則

這里分為三種情況：

• E中有1有0時(shí)：
  這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就遵循以下規(guī)則：
  指數(shù)E的存儲(chǔ)值減去127（或1023），有效值M前補(bǔ)數(shù)字1
  ??栗子
  
• E中全為0時(shí)：
  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中全為1時(shí)
  這時(shí)，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無窮大（正負(fù)取決于符號(hào)位s）

到這里，阿輝今天對(duì)于C語言中整型以及浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)的分享就結(jié)束了，希望這篇博客能讓大家有所收獲, 如果覺得阿輝寫得不錯(cuò)的話，記得給個(gè)贊唄，你們的支持是我創(chuàng)作的最大動(dòng)力??
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-754795.html

到了這里，關(guān)于愛上C語言：整型和浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)(進(jìn)制轉(zhuǎn)換，原碼，反碼，補(bǔ)碼以及大小端)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)！