跟我学“数据结构”系列： (1) 用程序探索数据

最新推荐文章于 2025-12-23 20:45:06 发布

原创最新推荐文章于 2025-12-23 20:45:06 发布 · 4.9k 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#数据结构 #iostream #hex #float #制造 #服务器

跟我学“数据结构”系列：用程序探索数据

摘要：

关键字

引言

在开始数据结构之前，我们先来一节基础课：“数据”

最近数十年来，计算机领域高速发展，计算机已深入到各行各业，已能处理像如文字、图形、图像、声音等代表不同属性的信息。本文从程序员观点，利用c++程序来探索计算机是如何表示和处理数据的。

适用的读者:

初级

相关性：

本文是学习后续“数据结构”课程的基础。

二进制

电脑内部为什么要用二进制呢？这是因为二进制中只有两个数，即0和1。二进制数在电气元件中容易实现、容易运算，在电子学中具有两种稳定状态以代表0和1。而需要由0和1来代表的量很多。如：电压的高和低，电灯的亮和灭，电容的充电和放电，脉冲的有和无，晶体管的导通和截止等。总之，电脑内部使用二进制，主要是为了设计和制造电脑方便。

先假定普通灯泡只有亮、灭两种状态。以灯泡为工具，我们来探析计算机中数据是如何表示的：我们把一个灯泡称为一“位”，当有一“位”灯泡（用格子表示）的时候，能表示两个数，这两个数 0和1。

[p1.jpg]

由上图可见，一位可表示2个数；二位可以表示4个数，三位可以表示8个数，即2的3次方，4位可以表示2的 4次方个数，16位可以表示2的16次方个数，32位表示能表示2的32次方个数（0到4294967295）。

我们常说的8位机（如任天堂游戏机），16位机（如早期的286），以及32位机（最近几年的主流PC机），现在有些服务器是64位机，我们的桌面电脑也即将过渡至64位。这里说的“位数”就指在计算机系统中，一个寄存器有多少个可以表示0或1的小格子的个数。这也指整型数据类型或指针类型的位数。

表示信息的单位

位和字节：“位”是计算机中信息的最小的元素。但这个单位实在太小了，制造计算机的时候，一般会把8个“位”合在一起，称为一个字节。字节是计算机处理信息的最小单位。

、

信息表示形式

日常人们通常用十进制来表示一个数。如100分。由于计算机更容易处理二进制，用二进制表示100，二进制表示为1100100，用16表示为0x64，图解如下：

用C++程序来探索计算机数据的表示方式

代码1:

使用C++的iostream显示数据。

Code:

//file:1esson.cpp
//
#include<iostream>
#include<iomanip>
#include<string>
using namespace std;
void showBytes(unsigned char* p, size_t length);
void showUINT(unsigned int x);
template <typename T> void showType( T x);
template <typename T> void showTypeWithName( T x,string typeName);
void swapUINT32(unsigned int * ptr);
void swapUINT16(unsigned short int* ptr);
int main(int argc, char* argv[])
{
cout << argv[0] << "start here." << endl;
cout << "this program illustrates how to use iostream." << endl;
unsigned int x = 100;
cout << "decimal format:" << dec << x << endl;
cout << "octal format:" << oct << x << endl;
cout << "hexadecimal format:" << hex << x << endl;
cout << "address is :" << &x << endl;
cout << "sizeof (unsigned int) in my computer is :" << sizeof (unsigned int) << endl;
cout << "sizeof (signed int ) in my computer is :" << sizeof (signed int) << endl;
cout << "sizeof (char ) in my computer is :" << sizeof (char) << endl;
cout << "sizeof (unsigned char ) in my computer is :" << sizeof (unsigned char) << endl;
cout << "sizeof (short ) in my computer is :" << sizeof (short) << endl;
cout << "sizeof (long ) in my computer is :" << sizeof (long) << endl;
cout << "sizeof (double ) in my computer is :" << sizeof (double) << endl;
cout << "sizeof (float ) in my computer is :" << sizeof (float) << endl;
cout << "we are explore the unsigned int " << x << " in my compute. "<< endl;
showUINT(x);
cout << "we are explore more ..." << endl;
unsigned int a = 1u;
unsigned int b = 8u;
unsigned int c = 65535u;
unsigned int d = 10000u;
unsigned int e = 4294967294u;
showUINT(a);
showUINT(b);
showUINT(c);
showUINT(d);
showUINT(e);
showType<unsigned int> (x);
float f = 3.14f;
showType<float> (f);
showTypeWithName<float> (f,"float");
showTypeWithName<double> (3.14,"double");
/*
for(unsigned int i = 0; i < e; i++)
{
showUINT(i);
}
*/
cout << "/nwe are explore byte endian" << endl;
cout<< "before swapping byte : " ;
x = 0x12345678; //
cout << " x = " << hex << "0x" << x << " dec:" << dec << x<< endl;
showUINT(x);
swapUINT32(&x);
cout<< "before swapping byte : " ;
showUINT(x);
x = 0x12345677;
cout << " x = " << hex << "0x" << x << " dec:" << dec << x<< endl;
cout<< "before swapping byte : " ;
showUINT(x);
swapUINT32(&x);
cout<< "before swapping byte : " ;
showUINT(x);
x = 0x12345679;
cout << " x = " << hex << "0x" << x << " dec:" << dec << x<< endl;
cout<< "before swapping byte : " ;
showUINT(x);
swapUINT32(&x);
cout<< "after swapping byte : " ; // thanks 岑梓源
showUINT(x);
return 0;
}
void showBytes(unsigned char* p, size_t length)
{
unsigned int i = 0;
for(i = 0; i < length ; i++)
{
//printf(" %.2x",p[i]);
cout<<hex<<setw(2)<<right<<setfill('0')<<(int)p[i] << " ";
}
cout << endl;
}
void showUINT(unsigned int x)
{
showBytes((unsigned char*)&x, sizeof (unsigned int));
}
template < typename T > void showType(T x)
{
cout << "Type size is: " << sizeof (T) << " ";
showBytes((unsigned char* )&x, sizeof (T));
}
template < typename T > void showTypeWithName(T x,string typeName)
{
cout << typeName << " size is: " << sizeof (T) << " ";
showBytes((unsigned char* )&x, sizeof (T));
}
void swapUINT32(unsigned int* ptr)
{
unsigned char* p = (unsigned char*) ptr;
unsigned char t = p[0];
p[0] = p[3];
p[3] = t;
t = p[2];
p[2] = p[1];
p[1] = t;
}
void swapUINT16(unsigned short int* ptr)
{
unsigned char* p = (unsigned char*) ptr;
unsigned char t = p[0];
p[0] = p[1];
p[1] = t;
}