完全自学C(干货) —— 数据的存储

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原创 2023-06-02 16:07:10 376 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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数据已知类型有
内置类型(char，int，float，double等)；
构造类型(数组、结构体、枚举、联合)；
指针类型；
空类型(void)；
数据类型的作用，开辟及访问内存大小；

一，类型的基本归类

整型家族（unsigned、signed）
浮点家族（float、double）
构造类型（arry、struct、enum、union）
指针类型
空类型（void）

//整型家族
//char
	unsigned char 
	signed 

//short [int]表示可省略
	unsigned short[int] 
	signed short[int] 

//int
	unsigned int
	signed int

//long
	unsigned long[int] 
	signed long[int]

//浮点家族
    float
    double

//构造类型
    数组类型
    结构体类型 struct
    枚举类型 enum
    联合类型 union

//指针类型
    char* p
    int* p
    float* p 
    void* p
    ...等

//空类型
//通常作为函数的返回类型、函数的参数、指针类型
    void 表示无类型
    void test(void)

二，大小端

大小大于一个字节时，就会存在多个字节安排排序的问题；

大小端，即数据内存存储的地址顺序；
大端(大端字节序)，值数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位保存内存的低地址；
小端(小端字节序)，值数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存内存的高地址；

int checkSystem()
{
	int num = 1;
	//小端内存存储顺序应为 01 00 00 00
	//大端内存存储顺序应为 00 00 00 01
	char* p = &num; //解引用时会仅访问1个字节
	return *p;
}
int main()
{
	if (checkSystem())
		printf("小端");
	else
		printf("大端");
}
//结果：小端
//visual studio 2019为小端编译器

三，整型在内存中的存储

创建变量，即会在内存中开辟空间；
空间大小，由数据类型决定；

有符号整数（signed）

符号位(0/1) + 数值位组成；
数据在内存中存放的是二进制补码；
正整数，原码、反码、补码相同；

有三种二进制形式(原码、反码、补码)：

原码，直接按照正负数直接翻译成的二进制；
反码，在原码基础上符号位不变，其余取反；
补码，原码转化为反码 + 1；

int main()
{
	//正整数，原码、反码、补码相同
	int a = 10;
	//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 内存补码形式
	//0a 00 00 00 小端十六进制形式

	//负整数
	int b = -10;
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 原码
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101 反码
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 补码，反码+1
	//f6 ff ff ff 小端十六进制形式
}

使用原反补码原因：

计算机中，整数数值一律用补码来表示和存储；
使用补码可将符号位和数值域统一处理（即运算）；
使得加减法也可统一处理（CPU只有加法器）；
此为补码和原码相互转换其运算过程是相同的，无需额外的硬件电路；
- 可将补码取反+1得到原码；

注：先翻译为补码运算，再还原为原码输出；

补充：

char，是signed还是unsigned取决于编译器；
int，即是signed int；
short，即是signed short；

注：头文件limts.h，可查看取值范围；

//16进制书写，即补码
int a = 0xffffffff; //-1
unsigned int b = 0xffffffff; //4294967295

字符char类型

有符号char类型，取值范围为 -128 ~ 127（有符号1000 0000直接翻译为-128）；
无符号char类型，取值范围为 0 ~ 255；
char类型超过取值范围，会扣除256，循环取值，即正向越界-256，负向越界+256；

int main()
{
	//有符号char类型，-128~127
	char a = 200; //实际存储-56
	char b = -200; //实际存储56

	//无符号char类型，0-255
	unsigned char c = 200; //实际存储200
	unsigned char d = -200; //实际存储56

	printf("%d %d %d %d\n", a, b, c, d);
}

int main()
{
	//逻辑顺序为，先将值存入变量内，考虑是否截断
	//在将变量的补码元素，此时需考虑整型提升问题
	//计算的结果补码，看是否需要转换为原码

	char a = 128; //其实a实际值为-128，因为值已越界
	char b = 5;
	printf("%d %u", a + b, a + b); 
	//1000 0000 a补码
	//0000 0101 b补码 
	
	//a+b,先需整型提升
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 a提升后补码
	//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 b提升后补码
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0101 a+b后补码 

	//%d为有符号整数，需按规则转换为原码
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0100 反码
	//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1011 原码，-123

	//%u表示无符号整数，原反补相同，无需转换
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0101 补码，4,294,967,173
}
//结果：-123 4294967173

注：运算时涉及整形提升或算术转换

四，浮点类型在内存中的存储

头文件float.h，可查看取值范围；

浮点类型的数据存储，使用另外一种方式，与整型数据存储完全不一样；

int main()
{
	int a = 10;
	//0a 00 00 00 a内存十六进制补码形式

	float b = 10;
	//00 00 20 41 b内存十六进制补码形式

	printf("%d %f", a, b); //结果：10 10.000000
}
//同样值，内存存储的形式完全不一样

浮点型内存存储规则

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0、1；
M，表示有效数字，大于等于1，小于2；
2^E，表示指数位，即使用科学计数法移位的值；

float a = 10;
//十进制10的二进制为1010，按照规则(-1)^0 * 1.010 * 2^3
//S = 0
//M = 1.010
//E = 3

float b = -5;
//十进制-5的二进制为101，按照规则(-1)^1 * 1.01 * 2^2
//S = 1
//M = 1.01
//E = 2

float c = -0.5;
//十进制-0.5的二进制可类似为-0.101，按照规则(-1)^1 * 1.01 * 2^-1
//S = 1
//M = 1.01
//E = -1

S,M,E内存中的分布

IEEE754规定，32位浮点数，S(1位)，E(8位)，M(23位)
IEEE754规定，64位浮点数，S(1位)，E(11位)，M(52位)；

M (1<=M<2),有特别规定：

规定需写为1.******，但默认首位1省去，只写小数点后的部分；
读取的时候在添加上1，这样可保存24位有效数字(32位存储)；

E (unsigned int，为无符号数)

在32位存储为8位，则取值范围为0-255；
在64位存储为11位，则取值范围为0-2047；
因为E可能会取到负数，所以实际上规定要加个中间数，即+127或+1023；

//32位存储
float a = 10;
//十进制10的二进制为1010，按照规则(-1)^0 * 1.010 * 2^3
//S = 0
//M = 1.010 -> 0100 0000 0000 0000 0000 000 (去除1，从前向后排放，不足补零)
//E = 3     -> 1000 0010 (加127，130)

//0100 0001 0010 0000 0000 0000 0000 0000 (最后实际存储的内存形式)
//41 20 00 00 
//00 00 20 41 小端内存十六进制形式

float b = -5;
//十进制5的二进制为101，按照规则(-1)^1 * 1.01 * 2^2
//S = 1
//M = 1.01 -> 0100 0000 0000 0000 0000 000 (去除1，从前向后排放，不足补零)
//E = 2    -> 1000 0001 (加127，129)

//1100 0000 1010 0000 0000 0000 0000 0000 (最后实际存储的内存形式)
//c0 a0 00 00 
//00 00 a0 c0 小端内存十六进制形式

float c = -0.5;
//十进制0.5的二进制可类似为0.1(二进制11相对于1*2^1+1*2^0=3, 0.1相对于1*2^-1=0.5)
//按照规则(-1)^1 * 1.0 * 2^-1
//S = 1
//M = 1.0 -> 0000 0000 0000 0000 0000 000 (去除1，从前向后排放，不足补零)
//E = -1   -> 0111 1110 (加127，126)

//1011 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (最后实际存储的内存形式)
//bf 00 00 00 
//00 00 00 bf 小端内存十六进制形式

float d = 0.75;
//十进制0.75的二进制可类似为0.11(二进制11相对于1*2^1+1*2^0=3, 0.11相对于1*2^-1+1*2^-2=0.75)
//按照规则(-1)^0 * 1.1 * 2^-1
//S = 1
//M = 1.1 -> 1000 0000 0000 0000 0000 000 (去除1，从前向后排放，不足补零)
//E = -1   -> 0111 1110 (加127，126)

//0011 1111 0100 0000 0000 0000 0000 0000 (最后实际存储的内存形式)
//3f 40 00 00 
//00 00 40 3f 小端内存十六进制形式

浮点型内存还原规则

注：32位为例，二进制内存形式，还原为十进制数值时

首位S符号位
其后8位，-127为E
最后23位，补1为M

E还原时有三种情况

一般情况下，E不全为0或1：
- E-127（或E-1023）；
- M要在首位添加1；
E全为0时，即+127后仍为0（原2^-127）：
- E=1-127（或1-1023），不在是0-127（或0-1023）；
- 且M的有效数字不再加1；
- +/- 0.******的小数，这样做是为了表示±0，其实就是接近于0的很小的数字；
E全为1时，即+127后为255（原2^128）：
- E=255-127=128；
- +/- 1.******，如有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位s）；