數(shù)據(jù)類型的介紹

在我們之前的學習當中我們已經(jīng)介紹了基本的內(nèi)置類型

char 字符數(shù)據(jù)類型

short 短整型

int 整形

long 長整型

long long 更長的整形

float 單精度浮點數(shù)

double 雙精度浮點數(shù)

這些類型的意義是：

1.使用這個類型開辟內(nèi)存空間的大小，大小決定了使用范圍

2.如何看待內(nèi)存空間的視角。

類型的基本歸類

整形

整形中分為有符號整形和無符號整形，因為我們生后中有些數(shù)值需要有正數(shù)和負數(shù)之分，例如溫度我們就可以使用有符號整形，但是有些不需要負數(shù)的數(shù)值例如身高，我們就可以使用無符號整形。

char

unsigned char

signed char

short

unsigned short [int]

signed short [int]

int

unsigned int

signed int

long

unsigned long [int]

signed long [int]

浮點型

float

double

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）

通常應用于函數(shù)的返回類型，函數(shù)的參數(shù)、指針類型

整形在內(nèi)存中的存儲

我們都知道，創(chuàng)建一個變量需要在內(nèi)存中開辟空間，那變量究竟是怎么在內(nèi)存當中存儲的呢。我們又要提到原碼、反碼、補碼的概念了。

在計算機中整數(shù)有三種表示方式即原碼、反碼、補碼，他們都有符號位和數(shù)值位，符號位用0表示正數(shù)，用1表示負數(shù)。

正整數(shù)的原碼、反碼、補碼相同，都是直接將屬豬按照正負數(shù)的形式翻譯成二進制形式就可以得到原碼。

負整數(shù)的原碼、反碼、補碼

原碼

直接將數(shù)值按照正負數(shù)的形式翻譯成二進制形式就可以得到原碼

反碼

將原碼的符號位不變，其他位一次按位取反就可以得到反碼

補碼

反碼+1就是補碼

對于一個整形，數(shù)據(jù)在內(nèi)存當中存放的其實是他的補碼。那么為什么是補碼而是不是原碼呢，原因是使用補碼，可以將符號位和數(shù)值域統(tǒng)一處理，同時加法和減法也可以統(tǒng)一處理，我們的cpu只有加法器，此外，補碼與原碼相互轉(zhuǎn)換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬件電路。

例如：

1 - 1
因為cpu中只有加法器，所以我們需要將減法轉(zhuǎn)化為加法，1+ （-1）如果內(nèi)存中存儲的是原碼，那么他們相加的結(jié)果為
00000000 00000000 00000000 00000001 1的原碼
10000000 00000000 00000000 00000001 -1的原碼
10000000 00000000 00000000 00000010 相加為-2
我們運算的答案是錯誤的，但是當我們存儲的是補碼時：
00000000 00000000 00000000 00000001 1的補碼
11111111 11111111 11111111 11111111 -1的補碼
00000000 00000000 00000000 00000000 相加0
使用補碼運算時，得到正確的答案

int main()
{
	int a = 20;
	int b = -10;
	return 0;
}

如上圖編譯器為了方便顯示的是16進制數(shù)，其實對于一個整形，數(shù)據(jù)在內(nèi)存當中存放的還是他的補碼，我們可以是嘗試還原一下。

例如**-10**
原碼：10000000 00000000 00000000 00001010
反碼：11111111 11111111 11111111 11110101
補碼：11111111 11111111 11111111 11110110
將他的補碼轉(zhuǎn)換成16進制就變成了ff ff ff f6，跟我們通過調(diào)試看到的內(nèi)容一樣

但是我們通過對比發(fā)現(xiàn)雖然存儲的是補碼，但是存儲的順序好像不一樣，這是怎么回事呢？

大小端介紹

當我們的數(shù)據(jù)大于一個字節(jié)時，數(shù)據(jù)的存儲就有了順序問題。例如：一個十六進制數(shù)0x11223344，我們說11為數(shù)據(jù)的高位，44為數(shù)據(jù)的低位。

大端存儲模式：是指數(shù)據(jù)的低位保存在高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址處。

小端存儲模式：是指數(shù)據(jù)的低位保存在低地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的高地址處。

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	return 0;
}

我們通過調(diào)試得出，在vs2019中為小端存儲模式，因為數(shù)據(jù)的低位44存儲在地址處，高位11存儲在高地址處。

一道筆試題

我們通過一道筆試題來鞏固一下我們剛才所總結(jié)的知識。題目：請簡述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設計一個小程序來判斷當前機器的字節(jié)序。

小端字節(jié)序存儲

把數(shù)據(jù)的低位存儲在內(nèi)存的低地址處，高位字節(jié)的內(nèi)容，存儲在內(nèi)存的高地址處 大端字節(jié)序存儲 把數(shù)據(jù)的低字節(jié)的內(nèi)容，存放到內(nèi)存的高地址處，高字節(jié)內(nèi)容，存放在低地址處

int check_sys()
{
	int a = 1;
	return *(char*)&a;
}
int main()
{
	if (check_sys() == 1)
	{
		printf("小端存儲\n");
	}
	else
	{
		printf("大端存儲\n");
	}
	return 0;
}

浮點數(shù)在內(nèi)存中的存儲

首先我們通過一段代碼來觀察浮點數(shù)在內(nèi)存中的存儲

int main()
{
	int n = 9;
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

以我們的認識，使用%d打印應該打印9使用%f打印應該打印9.0，但事實是這樣的嘛

我們將代碼跑起來發(fā)現(xiàn)，并非我們所認識的，那這說明了什么，說明了浮點型與整形在內(nèi)存當中的存儲規(guī)則是不一樣的，那我們先了解一下浮點數(shù)究竟怎么儲存的。

浮點數(shù)存儲規(guī)則

根據(jù)國際標準IEEE（電氣和電子工程協(xié)會）754，任意一個二進制浮點數(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S=0，V為正數(shù)；當S=1，V為負數(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。

例如：十進制5.0，寫成二進制是101.0，相當于1.0122

所以s = 0,m = 1.01, e = 2。

IEEE 754規(guī)定：

對于32位的浮點數(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，在計算機內(nèi)部保存M時，默認這個數(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的時候，只保存01，等到讀取的時候，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，情況就比較復雜:

首先，E為一個無符號整數(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，科學計數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內(nèi)存時E的真實值必須再加上一個中間數(shù)，對于8位的E，這個中間數(shù)是127；對于11位的E，這個中間數(shù)是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點數(shù)時，必須保存成10+127=137，即10001001。

既然我們可以將浮點數(shù)存儲，我們就可以將他們?nèi)〕鰜?，但是指?shù)E從內(nèi)存中取出分為三種情況：

E不全為0或不全為1

這時，浮點數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再將 有效數(shù)字M前加上第一位的1。

E全為0

這時，浮點數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實值，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，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無窮大（正負取決于符號位s)

剖析題目

這些就是浮點數(shù)在內(nèi)存當中的存儲規(guī)則，了解了這些后讓我們回到最開始的那道題，我們進行分析。

首先我們創(chuàng)建了一個整形變量，那么他在內(nèi)存中存儲的是什么呢？是他的補碼00000000000000000000000000001001，當我們將他看作一個浮點數(shù)打印時，我們可以得到S = 0，M = 000 0000 0000 0000 0000 1001，E = 00000000。所以經(jīng)過計算(-1)^ 0 × 0.00000000000000000001001×2 ^ (-126) = 1.001×2 ^ (-146)， 所以根據(jù)規(guī)則他是一個非常接近0的數(shù)，使用浮點數(shù)打印就是0.000000

筆試題的第二部分，我們將一個浮點型使用整形打印，同樣的道理，我們先將9.0用浮點數(shù)的方式存進內(nèi)存當中，9.0寫成二進制為1001.0，可以寫成(-1)^0 * 1.001*2^3，我們可以推出二進制形式：0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000，所以將他作為一個整形打印時就會是一個非常大的數(shù)為1091567616

到此這篇關于C語言詳細分析不同類型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲的文章就介紹到這了,更多相關C語言數(shù)據(jù)存儲內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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