【C语言进阶】一.数据的储存

精选原创

AK27先生 2022-10-20 13:49:18 博主文章分类：C语言进阶（比特学习记录） ©著作权

文章标签 补码浮点数有效数字数据类型存储 文章分类 C/C++ 后端开发 yyds干货盘点

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通过之前的学习，你已经入门了C语言，那我们就来尝试些小BOSS吧

（一）数据类型介绍

类型的意义：

1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。

2.如何看待内存空间的视角

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]

浮点型

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

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

空类型

void 表示空类型，通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。

（二）整形在内存中的存储

1.原码、反码、补码

计算机中的整数有三种表示方法，即原码、反码和补码。

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”；

而数值位负整数的三种表示方法各不相同

原码
直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。
反码
将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到了。
补码
反码+1就得到补码。

正数的原、反、补码都相同

#include<stdio.h>
int main()
{
  int a = 20;
  //0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100-原码
  //0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100-反码
  //0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100-补码
  //00000014
  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
  //fffffff6
  return 0;
}

【C语言进阶】一.数据的储存_有效数字

【C语言进阶】一.数据的储存_补码_02

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。

我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲，这是又为什么？

2.大小端介绍

（左端低地址高位，右端高地址低位）最好直自己理解

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。

百度2015年系统工程师笔试题：

写一段代码告诉我们当前机器的字节序是什么

本题目使用到的知识在之前指针章节提及

#include<stdio.h>
int main()
{
  int a = 1;
  //char* p = &a;//char取地址只取一个字节，但是直接这样写会导致char*p和int类型不符
  char* p = (char*)&a;
  if (*p == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}

但是想要高分，用函数

#include<stdio.h>

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

int main()
{
  int ret = check_sys();
  if (ret == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }

  return 0;
}

再精简一下：

#include<stdio.h>

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

int main()
{
  int ret = check_sys();
  if (ret == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}

3.练习

3.1输出结果是什么

#include <stdio.h>
int main()
{
  char a = -1;
//11111111111111111111111111111111——补码
//存11111111
//整型提升——见操作符讲解
//11111111111111111111111111111111
  signed char b = -1;
//存11111111
//整型提升——见操作符讲解
//11111111111111111111111111111111
  unsigned char c = -1;
//存11111111
//整型提升——见操作符讲解
//00000000000000000000000011111111——原反补相同，255
  printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
  return 0;
}

【C语言进阶】一.数据的储存_数据类型_03

3.2输出结果是什么

#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -128;
  //10000000000000000000000010000000
  //11111111111111111111111101111111
  //11111111111111111111111110000000——补码
  //存10000000
  //整型提升
  //11111111111111111111111110000000——补码
printf("%u\n",a);
  //%u——十进制无符号数，原反补相同。
  //%d——十进制有符号数
  //
return 0;
}

【C语言进阶】一.数据的储存_浮点数_04

补充：

【C语言进阶】一.数据的储存_有效数字_05

【C语言进阶】一.数据的储存_数据类型_06

3.3输出结果是什么

#include <stdio.h>
int main()
{
char a = 128;
printf("%u\n",a);
return 0;
}

结果与3.2相同，见signed char循环

3.4打印结果什么

int i= -20;
unsigned int j = 10;
printf("%d\n", i+j);

结果为-10

3.5打印结果是什么

unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n",i);//无符号数，原符号位可打
}

【C语言进阶】一.数据的储存_浮点数_07

3.6打印结果是什么

int main()
{
char a[1000];
int i;
for(i=0; i<1000; i++)
{
a[i] = -1-i;
}
printf("%d",strlen(a));
return 0;
}

小于-128时，再--就变为127，直到位0共255个数（3.4题后循环）

【C语言进阶】一.数据的储存_有效数字_08

3.7打印结果是什么

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

(三) 浮点型在内存中的存储

如：

3.14

1E10（科学计数法，表示1*10^10）

1.例子

#include<stdio.h>
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;
}

【C语言进阶】一.数据的储存_存储_09

结果为什么如此呢？接下来我们具体分析一下。

2.储存规则

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。

例如：

9.0
  //整数部分和小数部分分别取二进制数  1001.0
  //(-1)^0*1.001*2^3
         S M       E
  //这样只需要存入SME就可以记录一个数

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语言进阶】一.数据的储存_有效数字_10

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。

【C语言进阶】一.数据的储存_存储_11

IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定:

M：

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。

E：

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0255；如果E为11位，它的取值范围为02047。

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。

//5.5

//101.1
//（-1）^0*1.011*2^2
//S=0
//M=1.011
//E=2(2+127)

//0(s) 10000001(e) 01100000000000000000000
//0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000

//0X40b00000

3.取出规则

然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

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。

E为全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。

0(s) 00000000(e) 01100000000000000000000
  //(-1)^0*0.011*2^-126

E为全1

这时，如果有效数字M不全为0，表示正负无穷大（正负取决于符号位s）

4.解释例子

#include<stdio.h>
int main()
{
int n = 9;
  //00000000 00000000 00000000 00001001——补码
  //0（S）00000000(E) 00000000000000000001001(M)浮点数取值规则
float *pFloat = (float *)&n;
printf("n的值为：%d\n",n);//9
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);//E为全0，(-1)^0*0.00000000000000000001001*2^-126
*pFloat = 9.0;
  //1001.0
  //(-1)^0*1.001*2^3
  //0（S）10000010(E) 00100000000000000000000(M)浮点数取值规则
printf("num的值为：%d\n",n);//1091567616
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);//9.000000
return 0;
}