一、 整數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
在講解操作符的時(shí)候，我們就講過(guò)了下?的內(nèi)容：
整數(shù)的2進(jìn)制表示方法有三種，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)值位最高位的?位是被當(dāng)做符號(hào)位，剩余的都是數(shù)值位。
正整數(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)制得到的就是原碼。
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。
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?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。
二、 大小端字節(jié)序和字節(jié)序判斷
當(dāng)我們了解了整數(shù)在內(nèi)存中存儲(chǔ)后，我們調(diào)試看一個(gè)細(xì)節(jié)：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0x11223344;
return 0;
}
調(diào)試的時(shí)候，我們可以看到在a中的 0x11223344 這個(gè)數(shù)字是按照字節(jié)為單位，倒著存儲(chǔ)的。這是為什么呢？
嘿嘿，這就要說(shuō)到大小端的問(wèn)題了，且聽(tīng)我仔細(xì)到來(lái)。
1.什么是大小端
其實(shí)超過(guò)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(wèn)題，按照不同的存儲(chǔ)順序，我們分為?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：
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。
上述概念需要記住，方便分辨大小端。
2.為什么有大小端
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8bit 位，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?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：?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。
3.練習(xí)
(1)練習(xí)1
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)?個(gè)小程序來(lái)判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序。（10分）-百度筆試題
首先來(lái)看一張解析圖：
從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，只要判斷n第一個(gè)字節(jié)地址處的內(nèi)容是1還是0，就能得知是大端存儲(chǔ)的還是小端存儲(chǔ)的。
那么代碼就可以這樣實(shí)現(xiàn)：
//代碼1
#include <stdio.h>
int check_sys()
{
int n= 1;
return (*(char *)&n);
//取出n的地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為char*類型，再解引用訪問(wèn)的就是
//內(nèi)存中n第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if(ret == 1)
{
printf("?端\n");
}
else
{
printf("?端\n");
}
return 0;
}
像這道題還有沒(méi)有其他的實(shí)現(xiàn)方法呢？當(dāng)然了，這種方法更加巧妙的應(yīng)用到了一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：聯(lián)合體（union）
這里簡(jiǎn)單列舉一下聯(lián)合體的特點(diǎn):
- 成員首地址相同，也就是通過(guò)不同的成員訪問(wèn)會(huì)從相同的起始地址開(kāi)始取數(shù)據(jù)，至于取多少個(gè)地址的數(shù)據(jù)取決于具體成員的類型
- union內(nèi)存空間的分配按照其占用內(nèi)存最大的成員來(lái)進(jìn)行分配
那么代碼怎么實(shí)現(xiàn)呢？
//代碼2
int check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un;
un.i = 1;
return un.c;
}
因?yàn)樗鼈児灿靡粔K內(nèi)存空間，而且不同的成員訪問(wèn)會(huì)從相同的起始地址開(kāi)始取數(shù)據(jù)，又因?yàn)閡n.c是字符類型數(shù)據(jù)，所以返回un.c也就是返回un.i第一個(gè)字節(jié)處的內(nèi)容，怎么樣，有沒(méi)有被驚訝到呢？??聯(lián)合體不是怎么懂？沒(méi)關(guān)系，下一期，我們就會(huì)詳細(xì)講到聯(lián)合體是干什么用的。
(2)練習(xí)2
#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;
}
這個(gè)的打印結(jié)果會(huì)是什么呢？仔細(xì)想一想
a=-1,b=-1,c=255
(3)練習(xí)3
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -128;
printf("%u\n", a);
return 0;
}
那我們來(lái)分析一下：
int main()
{
char a = -128;//128為十進(jìn)制數(shù)
//-128的源碼：10000000 00000000 00000000 10000000
//-128的反碼：11111111 11111111 11111111 01111111
//-128的補(bǔ)碼：11111111 11111111 11111111 10000000
//a是char類型只能存8個(gè)比特位
//所以存的是10000000
printf("%u\n", a);
//a是char類型，首先要整型提升
//a是char類型，最高位是符號(hào)位，所以直接補(bǔ)符號(hào)位
//提升后：11111111 11111111 11111111 10000000
//%u的形式打印，是認(rèn)為a中存放的是無(wú)符號(hào)數(shù)
//所以直接以十進(jìn)制的形式打印這個(gè)數(shù)
return 0;
}
打印結(jié)果為：
4294967168
那再來(lái)一道題:
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = 128;
printf("%u\n",a);
return 0;
}
相信此時(shí)的你心里已經(jīng)有答案了趴！直接照貓畫(huà)虎按照上面的思路來(lái)做就可以了，那答案會(huì)是什么呢？會(huì)和上面一樣嗎？
(4)練習(xí)4
#include <stdio.h>
int main()
{
char a[1000];
int i;
for(i=0; i<1000;
{
a[i] = -1-i;
}
printf("%d",strlen(a));//求的是字符串的長(zhǎng)度，統(tǒng)計(jì)
//的是\0（ACSII碼值是0）之前的字符個(gè)數(shù)
return 0;
}
這道題a的長(zhǎng)度會(huì)是多少呢？
255
為什么不是1000呢？來(lái)看一張圖：
而stelen求的是\0(ACSII碼是0)之前的字符個(gè)數(shù)，也就是char能存儲(chǔ)的最小值到最大值的個(gè)數(shù)，128+127=255，所以當(dāng)把0賦值給arr[i]的時(shí)候，strlen就已經(jīng)計(jì)算出結(jié)果了。
(5)練習(xí)5
//第一道
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
for(i = 0;i<=255;i++)
{
printf("hello world\n");
}
return 0;
}
//第二道
#include <stdio.h>
int main()
{
unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n",i);
}
return 0;
}
代碼輸出的結(jié)果是啥？死循環(huán)？相信聰明的你一定會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的端倪滴??
(6)練習(xí)6
#include <stdio.h>
//x86 小端字節(jié)序下
int main()0
"
{
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;
}
相信第一個(gè)打印的數(shù)字肯定難不倒你，那第二個(gè)呢？
咱們來(lái)分析一下第二個(gè)打印的結(jié)果會(huì)是什么？看圖：
打印結(jié)果為：
4,2000000//如果想打印成這種形式:0x4,0x02000000只需要以%#x打印就可以了
三、 浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
常見(jiàn)的浮點(diǎn)數(shù)：3.14159、1E10等，浮點(diǎn)數(shù)家族包括：float、double、long double 類型。
浮點(diǎn)數(shù)表示的范圍：float.h 中定義
1.練習(xí)
#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;
}
輸出什么？
2.浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)
上面的代碼中，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。
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：
V = (?1)的S次方* M *2的E次方
- (?1)的S次方表示符號(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，M是大于等于1，小于2的
- 2的E次方表示指數(shù)位
舉例來(lái)說(shuō)：
十進(jìn)制的5.0，寫(xiě)成二進(jìn)制是 101.0 ，相當(dāng)于 1.01×2^2 。
那么，按照上面V的格式，可以得出S=0，M=1.01，E=2。
十進(jìn)制的-5.0，寫(xiě)成二進(jìn)制是 -101.0 ，相當(dāng)于 -1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2。
IEEE 754規(guī)定：
對(duì)于32位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位存儲(chǔ)符號(hào)位S，接著的8位存儲(chǔ)指數(shù)E，剩下的23位存儲(chǔ)有效數(shù)字M
對(duì)于64位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位存儲(chǔ)符號(hào)位S，接著的11位存儲(chǔ)指數(shù)E，剩下的52位存儲(chǔ)有效數(shù)字M
(1) 浮點(diǎn)數(shù)存的過(guò)程
IEEE 754 對(duì)有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有?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?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到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。
(2)浮點(diǎn)數(shù)取的過(guò)程
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 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(中間值)=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:
0 01111110 00000000000000000000000
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。
0 00000000 00100000000000000000000
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）；
0 11111111 00010000000000000000000
好了，關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)的表示規(guī)則，就說(shuō)到這里。
3.題目解析
下面，讓我們回到一開(kāi)始的練習(xí)
先看第1環(huán)節(jié)，為什么 9 還原成浮點(diǎn)數(shù)，就成了 0.000000 ？
9以整型的形式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，得到如下二進(jìn)制序列：
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
首先，將 9 的二進(jìn)制序列按照浮點(diǎn)數(shù)的形式拆分，得到第一位符號(hào)位s=0，后面8位的指數(shù)E=00000000 ，最后23位的有效數(shù)字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。
由于指數(shù)E全為0，所以符合E為全0的情況。因此，浮點(diǎn)數(shù)V就寫(xiě)成：V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2 ^(-146)
顯然，V是一個(gè)很小的接近于0的正數(shù)，所以用十進(jìn)制小數(shù)表示就是0.000000。
再看第2環(huán)節(jié)，浮點(diǎn)數(shù)9.0，為什么整數(shù)打印是 1091567616
首先，浮點(diǎn)數(shù)9.0 等于二進(jìn)制的1001.0，即換算成科學(xué)計(jì)數(shù)法是：1.001×2^3
所以： 9.0 = (?1)^0 ? (1.001) ? 2 ^3 ，
那么，第一位的符號(hào)位S=0，有效數(shù)字M等于001后?再加20個(gè)0，湊滿23位，指數(shù)E等于3+127=130，即10000010
所以，寫(xiě)成二進(jìn)制形式，應(yīng)該是S+E+M，即
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
這個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，被當(dāng)做整數(shù)來(lái)解析的時(shí)候，就是整數(shù)在內(nèi)存中的補(bǔ)碼，原碼正是1091567616 。文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-846401.html
好了，數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)就是這樣子的，相信聰明的你們看完這篇文章一定理解了趴，最后別忘了給博主一鍵三連喲！你們的支持就是博主堅(jiān)持下去最大的動(dòng)力！?文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-846401.html
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