C语言深度解析之一:数据存储

发布时间:2024-04-05 11:01

周五了,多更一点。

今天来看看C语言进阶知识,数据的存储问题。

1. 数据类型详细介绍。

2. 整形在内存中的存储:原码、反码、补码以及大小端字节序介绍及判断。

3. 浮点型在内存中的存储解析。

1.数据类型的详细介绍

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C语言没有字符串类型!
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其中,整型家族包含

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而浮点型家族包含

还有其他的类型,比如构造类型,指针类型和空类型(应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型),不过这不是重点,具体看图即可。

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二.整形在内存中的存储:原码、反码、补码以及大小端字节序介绍及判断

先上结论,整型在计算机内存的存储是以补码的形式来存储的!为什么呢?

这是因为在计算机系统中,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。

要知道什么是补码,首先要了解原码,反码和补码的概念。

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”。

对于正整数,三码合一。

对于负整数,反码就是原码取反,补码是反码加一。

来看内存如何开辟:

C语言深度解析之一:数据存储_第6张图片C语言深度解析之一:数据存储_第7张图片

我们发现,a和b的存储方式好像不对,按照直观的逻辑来看,对于a=20,在内存中应该是00 00 00 14 ,但是如图所示,这就设计到大小端的问题了,下面先介绍大小端:
大端(存储)模式,是指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)模式,是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。

为什么有大端和小端:

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8 bit,但是在C语言中除了8 bit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。

这里再提一道百度工程师的面试题:
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。

以下代码思路为定义int类型变量i,取出地址后将其强制转换类型为char类型,这样就可以只访问一个字节,如果是小端,就如图代码所示访问的是一个字节01,也就是1。如果是大端,开头应该是00 00 00 01,访问的字节是00,也就是0。

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 三.浮点型在内存中的存储解析

先看一个例子

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是不是对结果有点有疑问,那么就要先看浮点数在内存中的存储规则

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:

(-1)^S * M * 2^E。

(-1)^s表示符号位,当s=0,V为正数;当s=1,V为负数。

M表示有效数字,大于等于1,小于2。

2^E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 1.01×2^2 。

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。

IEEE 754规定: 对于32位的浮点数,最高的1位是符号位s,接着的8位是指数E,剩下的23位为有效数字M。C语言深度解析之一:数据存储_第10张图片

对于64位的浮点数,最高的1位是符号位S,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M

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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。 

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。

来看前面的例子

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C语言深度解析之一:数据存储_第13张图片

 至此结束。

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