C语言|数据类型与数据存储

在C语言中，数据类型一般有整型(int)，短整型(short)，长整型(long)，单精度浮点数(float)，双精度浮点类型(double)，字符类型(char)。

想要清楚了解每种类型在计算机中如何存储，先了解每个变量所占用的字节数

通过编译器我们可知，char类型占用一个字节，short类型占用2个字节，int类型占用4个字节，long类型占用4个字节，float类型占用4个字节，double类型占用8个字节

整型在计算机中的存储

• 计算机中有符号数有三种表示方法，原码，反码，补码
• 三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位用0表示正数用1表示负数

原码
直接将整型数字进行二进制翻译
反码
将原码的符号位不变，其他位取反
补码
反码加一

整数的原码，反码，补码相同
在计算机中整型的存储都是以补码的形式存在的

1. int类型
   已知int类型占用4个字节，即32个比特位，所有int所能存储的最大的数字为2^32 -1最小的数字为**- 2^32**
   即在电脑存储中的二进制为

2^32-1
01111111 11111111 11111111 11111111
-2^32
11111111 11111111 11111111 11111111

在32位比特位中第一个位为符号位，后面为数据位
跟着存储规则，例：存-10与20。

int a = 20；
//原码：00000000  00000000 00000000 00010100
//反码：00000000  00000000 00000000 00010100
//补码：00000000  00000000 00000000 00010100
int b = -10;
//原码：00000000  00000000  00000000  00001010
//反码：011111111 111111111 111111111 111110101
//补码：011111111 111111111 111111111 111110110

2. char类型

char类型为字符串类型，用来存储字符，切记在C语言中没有字符串类型
char类型所在计算机中占用1个字节，所以所能存储的最大数字为127，最小的为-128，在这个范围内，每个变量所存储的数字，根据ASCLL表来转换为相应的字符。

其存储的方式与int类型相同。

3. 浮点类型存储

C语言常见浮点类型float（单精度浮点类型）、double（双精度浮点类型）。

两个类型的不同点

• float类型在内存中只占用4个字节（32位）；double类型在内存中占用8个字节（64位）。
• float类型中阶码占8位，有效数字占23位；double类型中阶码占11位，有效数字占用52位。
• float类型可以精确到小数点后6位；double类型可以精确到小数点后15位

相同点

• 都是用来存储浮点数，也就是小数。
• 符号位有且只有一位，且位于最高位。
• 在内存中存放都遵循国际标准IEEE754。

国际标准IEEE754

根据国际标准IEEE754，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。

浮点数规范化

• 为什么要浮点数进行规范化

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。

• 规范化的原则

在浮点数中，为了在尾数中表示最多的有效数据位，同时使浮点数具有唯一的表示方式，浮点数的编码应当采用一定的规范，规定尾数部分用纯小数给出，而且尾数的绝对值应大于或等于1/R，并小于或等于1，即小数点后的第一位不为零。这种表示的规范称为浮点数的规格化的表示方法。不符合这种规定的数据可通过修改阶码并同时移动尾数的方法使其满足这种规范。

移码

• 为什么引入移码

因为所要存储的阶码E为一个无符号整数，这意味着阶码只有正数，而无法表示负数。因此，为了表示出负数，引入移码。

• 如何将数字转换为移码形式

将该数字加上一个中间数，所得数字即为该数字移码，在float中阶码为8为存储，所对应的中间数字为127，因此在float存储E时应加上128。double同理，阶码为11位存储，所对应的中间数为1024。

以5为例
5的二进制为101，可以写成 1.01×2^2 。
符号位：0
阶码位：2+128=129
数据位：01

     0     10000001       010000000000000000000
   符号位    指数位             有效数字位

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）；