C语言：数据的存储

沧浪之水!

于 2024-12-16 21:03:16 发布

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分类专栏： C语言文章标签： c语言

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一、数据类型介绍

1、数据类型介绍

（1）内置类型

内置类型就是C语言自带的类型

char        //字符数据类型
short       //短整型
int         //整形
long        //长整型
long long   //更长的整形
float       //单精度浮点数
double      //双精度浮点数
c语言中没有字符串类型。

（2）类型的意义

使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
如何看待内存空间的视角。

2、类型的归类

（1）整型

char
        unsigned char
        signed char
 
short
        unsigned short [int]
        signed short [int]
 
int
        unsigned int
         signed int
 
long
        unsigned long [int]
        signed long [int]

（2）浮点数

float
double

（3）构造类型

> 数组类型  int arr[5]  //int []
> 结构体类型 struct
> 枚举类型 enum
> 联合类型 union

（4）指针类型

int* pi;
char* pc;
float* pf;
void* pv;

（5）空类型

void表示空类型（无类型）

通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型

二、整型在内存中的存储

数据在内存中以2进制的形式存储，对于整数来说：
整数二进制有3种表示形式:原码、反码、补码
正整数：原码、反码、补码相同
负整数：原码、反码、补码要进行计算的
按照数据的数值直接写出的二进制序列就是原码
原码的符号位不变，其他位按位取反，得到的就是反码
反码+1，得到的就是补码

内存中存储的是补码

如何验证内存中存储的是补码呢？

三、大端小端的概念

什么叫大端小端？

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。

为什么会存在大端小端？

这是因为在计算机系统中，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 8bit 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果将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。
例如一个 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x0010 ， x 的值为 0x1122 ，那么 0x11 为高字节， 0x22 为低字节。对于大端模式，就将 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式，而 KEIL C51 则为大端模式。很多的 ARM ， DSP 都为小端模式。有些ARM 处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

设计一个小程序来判断当前机器的字节序是大端还是小端

 判断是大端还是小端
int check_sys()
{
	int a = 1;// 00 00 00 01   //小端 01 00 00 00 //大端 00 00 00 01
	char* p = (char*)&a;//int*  //拿a的第一个字节
  //判断第一个字节是01 还是 00 就可以判断
	if (*p == 1)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

int check_sys()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;//int*
	return *p;//返回1表示小端，返回0表示大端
}

int main()
{
	//写代码判断当前机器的字节序
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}

四、浮点型在内存中的存储

1、常见的浮点数

3.14159

1E10

浮点数家族包括： float 、 double 、 long double 类型。

2、标准规定

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（了解即可）：

(-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 。

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。

IEEE 754对有效数字 M 和指数 E ，还有一些特别规定。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。
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 0~255 ；如果 E 为 11 位，它的取值范围为 0~2047 。但是，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 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）

举个例子：

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;
}

num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？

五、练习题

输出什么？
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -1;
    //10000000000000000000000000000001
    //11111111111111111111111111111110
    //11111111111111111111111111111111
    //11111111
    //11111111111111111111111111111111
    signed char b = -1;
    //11111111

    unsigned char c = -1;
    //11111111
    //00000000000000000000000011111111
    //
    printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//%d 是看成有符号数
    //-1 -1 255

    return 0;
}

补充：
1. char 到底是signed char 还是unsigned char ?
C语言标准并没有规定，取决于编译器

int 是 signed int 
short 是 signed short



#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    //10000000000000000000000010000000
    //11111111111111111111111101111111
    //11111111111111111111111110000000-补码
    //10000000
    //11111111111111111111111110000000

    printf("%u\n", a);//%u打印的是无符号

    return 0;
}


#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    //00000000000000000000000010000000 - 原返补相同
    //10000000
    //11111111111111111111111110000000
    //
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}


char类型变量的取值范围

char  00000000
 .....
char  01111111  127
char  10000000  -128
char  10000001  10000000 11111111  -127
 .....
char  11111110  11111101 10000010  -2
char  11111111  11111110 10000001  -1

-128
1000000000000000000000000010000000
1111111111111111111111111101111111
1111111111111111111111111110000000
char 10000000

有符号的char 取值范围 -128~127


int main()
{
	int i = -20;
	//10000000000000000000000000010100
	//11111111111111111111111111101011
	//11111111111111111111111111101100

	unsigned int j = 10;
	//00000000000000000000000000001010
	printf("%u\n", i+j);//?
	//11111111111111111111111111101100
	//00000000000000000000000000001010
	//11111111111111111111111111110110 - 补码
	//11111111111111111111111111110101
	//10000000000000000000000000001010 -> -10
	//
	return 0;
}



int main()
{
	unsigned int i;//恒大于等于0
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
	}
	//死循环
	return 0;
}


int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for (i = 0; i < 1000; i++)
    {
        a[i] = -1 - i;
    }
    //128+127 = 255
    //-1 -2 -3 ... -127 -128 127 126 125 .. 3 2 1 0 -1 -2 .. -127 -128 127 ...
    printf("%d\n", strlen(a));//找到\0 -> 0 遇到0了就开始不往后走了
    return 0;
}


char 
00000000000000000000000010000001
10000001 - 补码
10000000 - 反码
11111111 - 原码
-127


#include <stdio.h>

unsigned char i = 0;

int main()
{
    for (i = 0; i <= 255; i++)
    {
        printf("hello world\n");
    }

    return 0;
}



#include <limits.h>

int main()
{
	INT_MAX;
	return 0;
}