C語言整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲方法示例
今天我們來講一下整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲方式以及大小端字節(jié)序的判斷以及了解什么叫大小端,下面就一起來看看吧。
一、整數(shù)在內(nèi)存中的存儲
我們之前在學(xué)習(xí)操作符時,就知道整數(shù)的2進(jìn)制表示方法有三種,即原碼、反碼和補(bǔ)碼。這三種方式都有符號位和數(shù)值位兩部分組成。符號位都是用0來表示“正”,用1來表示“負(fù)”,而數(shù)值位最高位的?位是被當(dāng)做符號位來看待,剩余的都是數(shù)值位。
我們知道,正整數(shù)的原碼,反碼和補(bǔ)碼均相同,而負(fù)整數(shù)的三種表示方法均不同:
原碼:直接將數(shù)值按照正負(fù)數(shù)的形式翻譯成?進(jìn)制得到的就是原碼。
反碼:將原碼的符號位不變,其他位依次按位取反就可以得到反碼。
補(bǔ)碼:將原碼的符號位不變,其他位依次按位取反就可以得到反碼。
例如:int a = 4時,由于其為正數(shù),因此它的原碼,反碼和補(bǔ)碼均相同,而int類型的大小為4個字節(jié),因此在32位平臺下存儲的形式就為:
00000000 00000000 00000000 00000100
而當(dāng)int a = -4時,我們知道負(fù)整數(shù)的原反補(bǔ)碼均不相同,因此在32為平臺下存儲的形式為:
原碼:10000000 00000000 00000000 00000100
反碼:11111111 11111111 11111111 11111011
補(bǔ)碼:11111111 11111111 11111111 11111100
而對于整形數(shù)據(jù)來說,數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存放的其實是補(bǔ)碼,而不是原碼,這是為什么呢?這是因為補(bǔ)碼可以將符號位和數(shù)值域統(tǒng)一進(jìn)行處理
二、大小端字節(jié)序和字節(jié)序的判斷
我們先來了解一下什么叫做大小端?
大端(存儲)模式:是指數(shù)據(jù)的低位字節(jié)內(nèi)容保存在內(nèi)存的高地址處,而數(shù)據(jù)的高位字節(jié)內(nèi)容保存在內(nèi)存的低地址處。
小端(存儲)模式:是指數(shù)據(jù)的低位字節(jié)內(nèi)容保存在內(nèi)存的低地址處,而數(shù)據(jù)的高位字節(jié)內(nèi)容保存在內(nèi)存的?地址處。
我們來看一段代碼演示一下:
我們通過調(diào)試,發(fā)現(xiàn)在變量a中的這個數(shù)字是倒著進(jìn)行存儲的,這就說明vs2022這個編輯器內(nèi)部是使用小段存儲的模式來進(jìn)行存儲數(shù)據(jù)的。
我們可以寫一段代碼來判斷編譯器是使用大端存儲還是小端存儲:
int main() { int i = 1; //拿出第一個字節(jié) int ret = *((char*)&i); if (ret == 1) { printf("小端存儲\n"); } else { printf("大端存儲\n"); } return 0; }
那為什么會有大小端之分呢?
這是因為在計算機(jī)系統(tǒng)中,我們是以字節(jié)為單位的,每個地址單元都對應(yīng)著?個字節(jié),一個字節(jié)為bit位,但是在C語言中除了8bit的char之外,還有16bit的short型32bit的long型(要看具體的編譯器),另外,對于位數(shù)大于8位的處理器,例如16位或者32位的處理器,由于寄存器寬度大于一個字節(jié),那么必然存在著?個如何將多個字節(jié)安排的問題。因此就導(dǎo)致了大端存儲模式和小端存儲模式。
三、浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲
我們先來看一段代碼:
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; }
問上述代碼的輸出結(jié)果是什么?
運(yùn)行結(jié)果我們發(fā)現(xiàn):*pfloat和num在內(nèi)存中不是同一個數(shù)據(jù)嗎?為什么運(yùn)行結(jié)果顯示差別這么大,這就需要考慮浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲方式了。
根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE(電氣和電子工程協(xié)會)754,任意?個二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示成下面的形式:
例如:十進(jìn)制的5.0,寫成二進(jìn)制的形式為101.0,相當(dāng)于1.01*2^2。
因此根據(jù)上面V的格式我們可以得出:S = 1,M = 1.01,E = 2。
IEEE754規(guī)定:
• 對于32位的浮點(diǎn)數(shù),最高的1位存儲符號位S,接著的8位存儲指數(shù)E,剩下的23位存儲有效數(shù)字M
• 對于64位的浮點(diǎn)數(shù),最高的1位存儲符號位S,接著的11位存儲指數(shù)E,剩下的52位存儲有效數(shù)字M
浮點(diǎn)數(shù)存的過程:
IEEE754對有效數(shù)字M和指數(shù)E,還有?些特別規(guī)定。
數(shù)字M的規(guī)定:
由于M是大于等于1,小于2的,也就是說M可以寫成1.xxxxx的形式,其中xxxxx表示小數(shù)部分。因此IEEE754規(guī)定,在計算機(jī)內(nèi)部保存M時,默認(rèn)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。 例如在保存1.01時,只保存01,等到讀取的時候,再把第?位的1加上去,這樣做的目的是為了節(jié)省1位有效數(shù)字。
指數(shù)E的規(guī)定:
首先我們要知道,E為一個無符號的整數(shù)。
這就意味著,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。但我們知道,科學(xué)計數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的,因此IEEE754規(guī)定,存入內(nèi)存時E的真實值必須再加上?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。 例如,2^10的E是10,所以保存成32位浮點(diǎn)數(shù)時,必須保存成10+127=137,即10001001。
浮點(diǎn)數(shù)取的過程:
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,浮點(diǎn)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?位的1。
例如:3.5, 用V的方式表示為:(-1)^0 * 1.11 * 2^1 其S = 0,M = 1.11,E = 1
根據(jù)上面的規(guī)定:1+127 = 128,即10000000;M去1為11
因此存儲方式為:0 10000000 11000000000000000000000
E全為0:
這時,浮點(diǎn)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?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,表示正負(fù)無窮大(正負(fù)取決于符號位S)
以上就是浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中存儲的規(guī)則。到這里,相信大家對整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的存儲規(guī)則應(yīng)該都了解的差不多,現(xiàn)在我們就來回過頭來看看一開始的代碼題
根據(jù)運(yùn)行結(jié)果,為什么9還原成浮點(diǎn)數(shù)為0.000000,我們先來看看9以整型的形式在內(nèi)存中的存儲:
00000000 00000000 00000000 00001001
根據(jù)浮點(diǎn)數(shù)拆分規(guī)則,我們可以將上述二進(jìn)制序列拆分為:S = 0,E = 00000000,M為00000000000000000001001。
V = (-1) ^ 0 × 0.00000000000000000001001×2 ^ (-126)=1.001×2 ^ (-146)。顯然,V是?個很小且接近于0的正數(shù),因此用十進(jìn)制的小數(shù)表示就為0.000000。
再看看浮點(diǎn)數(shù)9.0為什么整數(shù)打印時為1091567616
首先,浮點(diǎn)數(shù)9.0等于二進(jìn)制的1001.0,即換算成科學(xué)計數(shù)法是:1.001×2^3
因此 V = (−1) ^ 0 * 1.001 * 2 ^ 3 ,即S = 0,M = 1.001,E = 3
因此寫成二進(jìn)制的形式應(yīng)為:S + E + M
即:0 10000010 00100000000000000000000
而這個為內(nèi)存中的補(bǔ)碼,又因為其為正整數(shù),其原反補(bǔ)碼均相同,因此打印的數(shù)據(jù)就為1091567616。
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C語言整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中存儲的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)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(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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