C++中整形與浮點(diǎn)型如何在內(nèi)存中的存儲詳解
1 數(shù)據(jù)類型
前面我們已經(jīng)知道了基本的內(nèi)置類型：
類型的意義：
1. 使用這個(gè)類型開辟內(nèi)存空間的大?。ù笮Q定了使用范圍）。
2. 如何看待內(nèi)存空間的視角。
1.1 類型的基本歸類
整形家族：
char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed long [int]
char 的類型取決于編譯器,在VS編譯器中的char是signed char.
浮點(diǎn)數(shù)家族：
float
double
其中的float類型精度低，存儲范圍小。
而double類型精度高，存儲范圍大。
構(gòu)造類型：
> 數(shù)組類型
> 結(jié)構(gòu)體類型 struct
> 枚舉類型 enum
> 聯(lián)合類型 union
指針類型
int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;
空類型：
void 表示空類型（無類型）
通常應(yīng)用于函數(shù)的返回類型、函數(shù)的參數(shù)、指針類型。
今天我要重點(diǎn)和大家分享的是整形家族和浮點(diǎn)數(shù)家族是如何在內(nèi)存中存儲的。
2 整形在內(nèi)存中的存儲
2.1 二進(jìn)制的三種形式
原碼：直接用二進(jìn)制表示。
反碼：原碼符號位不變，其他位按位取反。
補(bǔ)碼：反碼+1。
注意：
1 其中正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼相同。負(fù)數(shù)的二進(jìn)制變換規(guī)則如上。
2 補(bǔ)碼變?yōu)樵a有二種辦法：
方法1
方法2
那么整形到底是以哪種形式的二進(jìn)制存儲在內(nèi)存中的呢？
實(shí)際是整形是以補(bǔ)碼的形式存儲在內(nèi)存中的。
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補(bǔ)碼來表示和存儲。原因在于，使用補(bǔ)碼，可以將符號位和數(shù)值域統(tǒng) 一處理；
同時(shí)，加法和減法也可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器）此外，補(bǔ)碼與原碼相互轉(zhuǎn)換，其運(yùn)算過程 是相同的，不需要額外的硬件電路。
這什么是的啥啊?
其實(shí)剛剛學(xué)到這里，我也有點(diǎn)懵逼，為什么要用補(bǔ)碼存呢？下面我給大家舉例
1-1這的運(yùn)算結(jié)果是怎么進(jìn)行的呢
1的原碼（在32位平臺上）：00000000000000000000000000000001
-1的原碼（在32位平臺上）：10000000000000000000000000000001
-1的反碼（在32位平臺上）：111111111111111111111111111111111110
-1的補(bǔ)碼（在32位平臺上）：111111111111111111111111111111111111
因?yàn)镃PU只有加法器，所以1-1---->1+（-1）
顯然無論是1的原碼還是反碼和-1的原碼或者補(bǔ)碼相加都得不到結(jié)果。
而補(bǔ)碼確可以100000000000000000000000000000000（這里33），而我們是32位平臺，所以最終結(jié)果為00000000000000000000000000000000（0,看到這里是不是覺的補(bǔ)碼很神奇。所以：整數(shù)在內(nèi)存中存的是補(bǔ)碼。
雖然我們明白內(nèi)存中存的是補(bǔ)碼，但我們還是不知道補(bǔ)碼在內(nèi)存中是怎么存的，下面我們就要說到大小端字。
2.2 大小端字的介紹
下面我們以整數(shù)1來理解
大端字節(jié)序存儲
就是把一個(gè)數(shù)據(jù)的高位字節(jié)序的內(nèi)容放在低地址處，低位字節(jié)序的內(nèi)容反在高地址處。
我們用16進(jìn)制表示分布
小端字節(jié)序存儲
就是把一個(gè)數(shù)據(jù)的高位字節(jié)序的內(nèi)容放在高地址處，低位字節(jié)序的內(nèi)容反在低地址處。
下面是在vs中的存儲分布
大小端字節(jié)序的存儲是和硬件有關(guān)，有硬件是小端存儲，的有是大端存儲。
3 浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲
很多人多會想，整形是以補(bǔ)碼的形式存儲在內(nèi)存中，存儲方式于大小端有關(guān)，那么浮點(diǎn)型又是怎么存儲的呢？
從上面我們可能看出肯定不是和整形的存儲方式有關(guān)。
3.1 浮點(diǎn)數(shù)存儲規(guī)則
根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE（電氣和電子工程協(xié)會） 754，任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示成下面的形式：
(-1)^S * M * 2^E
(-1)^S表示符號位，當(dāng)S=0，V為正數(shù)；當(dāng)S=1，V為負(fù)數(shù)。
M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2。
2^E表示指數(shù)位。
那么1.0就可以寫成
(-1)^0*1.0*2^0（2^n次方是二進(jìn)制的科學(xué)計(jì)算法的形式）
其中二點(diǎn)S = 0,M = 1.0,E = 0
那么9.5我們就可以寫成
（-1）^0*1.0011*2^3
而9.6呢？
我們發(fā)現(xiàn)我們始終都無法表示出0.6，只能不斷的接近這個(gè)數(shù)，所以浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲是一個(gè)精確值而不是一個(gè)準(zhǔn)確值。
IEEE 754規(guī)定：
對于32位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位是符號位s，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位為有效數(shù)字M。
對于64位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位是符號位S，接著的11位是指數(shù)E，剩下的52位為有效數(shù)字M。
IEEE 754對有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定。
前面說過， 1≤M<2 ，也就是說，M可以寫成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小數(shù)部分。 IEEE 754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存M時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的 xxxxxx部分。比如保存1.01的時(shí) 候，只保存01，等到讀取的時(shí)候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節(jié)省1位有效數(shù)字。以32位 浮點(diǎn)數(shù)為例，留給M只有23位， 將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數(shù)字。
至于指數(shù)E，情況就比較復(fù)雜。
首先，E為一個(gè)無符號整數(shù)（unsigned int）
這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0~255；如果E為11位，它的取值范圍為0~2047。但是，我們 知道，科學(xué)計(jì)數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內(nèi)存時(shí)E的真實(shí)值必須再加上一個(gè)中間數(shù)，對于8位的E，這個(gè)中間數(shù) 是127；對于11位的E，這個(gè)中間 數(shù)是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，必須保存成10+127=137，即 10001001。
指數(shù)E從內(nèi)存中取出還可以再分成三種情況：
E不全為0或不全為1
這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計(jì)算值減去127（或1023），得到真實(shí)值，再將 有效數(shù)字M前加上第一位的1。 比如： 0.5（1/2）的二進(jìn)制形式為0.1，由于規(guī)定正數(shù)部分必須為1，即將小數(shù)點(diǎn)右移1位，則為 1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為 01111110，而尾數(shù)1.0去掉整數(shù)部分為0，補(bǔ)齊0到23位00000000000000000000000，則其二進(jìn)制表示形式為:0 01111110 00000000000000000000000
E全為0
這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實(shí)值， 有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示±0，以及接近于 0的很小的數(shù)字。
E全為1
這時(shí)，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無窮大（正負(fù)取決于符號位s）；
好了，浮點(diǎn)型的規(guī)則就介紹怎么多。
結(jié)束語
簡單總結(jié)一下，整形的存儲是通過補(bǔ)碼的形式存入（通過大小端的形式),浮點(diǎn)型存儲主要存的是一個(gè)符號位E的二進(jìn)制位級M的精確位數(shù)。
到此這篇關(guān)于C++中整形與浮點(diǎn)型如何在內(nèi)存中的存儲詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++整形與浮點(diǎn)型內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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