深入浅出C语言——数据在内存中的存储
文章目录
- 一、数据类型详细介绍
- 1. C语言中的内置类型
- 2. 类型的基本归类:
- 二. 整形在内存中的存储
- 1. 原码、反码、补码
- 2. 大小端
- 三.浮点数存储规则
一、数据类型详细介绍
1. C语言中的内置类型
C语言的内置类型有char、short、int、long、long long、float、double,内置类型所占存储空间的大小如下所示:
char //字符数据类型 1
short //短整型 2
int //整形 4
long //长整型 4/8
long long //更长的整形 8
float //单精度浮点数 4
double //双精度浮点数 8
C语言中类型的意义
- 使用这个类型开辟内存空间的大小,大小决定了使用范围。
- 如何看待内存空间的视角。
2. 类型的基本归类:
整形家族:
char | unsigned char | signed char |
---|
属于整形家族, 因为char虽然是字符类型,但是字符类型存储的时候,存储的是字符的ASCII码值,ASCII值是整数。另外,当在编译器中输入char c1;
时,c1到底是有符号还是无符号的是不确定的,是取决于编译器实现的,一般情况下char
相当于singed char
。有符号字符类型取值范围是-128 ~ 127,无符号字符类型取值范围是0~255。
short | unsigned short | signed short |
---|
属于整数家族,short等价于signed short,取值范围是 -32768~32767,unsigned short是无符号的short,取值范围是0 ~ 65535。
int | unsigned int | signed int |
---|
属于整数家族,int是有符号的int等价于singed int。
long | unsigned long | signed long |
---|
属于整数家族,long是有符号的long等价于signed long。
数据的最高位
有正负的的数据可以放在有符号的变量中,只有正数的数据可以放在无符号的变量中。如果是有符号的数据,最高位表示的是符号位。最高位是0,表示正数;最高位是1,表示负数,如果对于无符号的数据来说,最高位也是数据位。
浮点数家族:
float | double | long double |
---|
构造类型:
结构体类型 | 枚举类型 | 联合类型 |
---|---|---|
struct | enum | union |
指针类型
int* pi | char* pc | float* pf | void* pv |
---|
空类型:
void 表示空类型/无类型,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
一个变量的创建是要在内存中开辟空间的,空间的大小是根据不同的类型而决定的。
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。正数的原、反、补码都相同;负数的原码、反码、补码需要计算,负数的原码直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以,反码则将原码的符号位不变,其他位依次按位取反就可以得到了,补码是将反码+1就得到补码。对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码。
int main()
{int a = 10;//整型值//原码:00000000000000000000000000001010//反码:00000000000000000000000000001010//补码:00000000000000000000000000001010int b = -10;//整型值//原码:10000000000000000000000000001010//反码:11111111111111111111111111110101//补码:11111111111111111111111111110110// 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110// F F F F F F F 6// 0x ff ff ff f6 存储到内存中return 0;
}
为什么数据在内存中放的是补码
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。
2. 大小端
大小端即大小端字节序存储。大端字节存序储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;小端字节序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。
案例
int a = 0X11223344;
在内存中存储
为什么会有大小端模式之分?
因为在计算机系统中是以字节为单位的,每个地址单元都对应着一个字节,一个字节为8bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外,还有16 bit的short型,32 bit的long型。另外,对于位数大于8位的处理器,例如16位或者32位的处理器,由于寄存器宽度大于一个字节,那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题,因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。常用的 X86 结构是小端模式,而 KEIL C51 则为大端模式,很多的ARM和DSP都为小端模式,有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。
判断当前机器的字节序
int check_sys()
{int a = 1;return *(char*)&a;
}
int main()
{int ret = check_sys();if (ret == 1)printf("小端\n");elseprintf("大端\n");return 0;
}
三.浮点数存储规则
整数和浮点数的存储方式是有差异的,浮点数家族包括: float、double、long double 类型。根据国际IEEE754(标准电气和电子工程协会) ,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。
举例
十进制的5.0,写成二进制是101.0 ,相当于 1.01×2^2 。那么按照上面V的格式,可以得出s=0,M=1.01,E=2。
十进制的-5.0,写成二进制是 -101.0 ,相当于 -1.01×2^2 。那么,s=1,M=1.01,E=2。
IEEE 754标准
IEEE754标准规定,对于32位的浮点数(float类型),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。
IEEE754标准规定,对于64位的浮点数(double),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。
保存有效数字M
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。
保存指数E
至于指数E,情况就比较复杂。首先,E为一个无符(unsigned int),这意味着,如果E为8位,它的取值范围为0 ~ 255;如果E为11位,它的取值范围为0~2047。但是,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。
取出指数E
指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:
1.E不全为0或不全为1
当E不全为0或不全为1,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。比如:0.5(1/2)的二进制形式为0.1,由于规定正数部分必须为1,即将小数点右移1位,则为1.0*2^(-1),其阶码为-1+127=126,表示为01111110,而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位00000000000000000000000,则其二进制表示形式为: 0 01111110 00000000000000000000000
2.E全为0
当E全为0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。
3.E全为1
当E全为1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
浮点数的比较
浮点数进行比较的时候不能直接用==
去比较,因为浮点数在内存中储存有误差,应该比较浮点数直接的差值是否在允许的精度范围之内。比如一个完整的比较相等的逻辑可以为:
const double eps = 1e-8;
#define Equ(a, b) ((fabs((a)-(b))<(eps))
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