【C语言】数据的存储(原反补码、大小端、浮点型数据的存储)

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【C语言】数据的存储(原反补码、大小端、浮点型数据的存储)

2024-07-08 11:06| 来源: 网络整理| 查看: 265

【C语言】数据的存储 数据类型整型在内存中的存储原码、反码、补码大小端 浮点型在内存中的存储END

数据类型

在前文《一些初学易犯的小错集合》有提到过数据类型以及其大小: (本文提到的所有情况都建立在32位平台上)

char //字符数据类型——1字节 short //短整型——2字节 int //整型——4字节 long //长整型——4字节 long long //更长的整型——8字节 float //单精度浮点数——4字节 double //双精度浮点数——8字节 //c语言无字符串类型

实际上数据类型还分为有符号和无符号两种:

char

unsigned char(无符号)signed char(有符号)

short

unsigned shortsigned short

int

unsigned intsigned int

long

unsigned longsigned long

其区别在于是否拥有符号位,无符号数没有符号位,所有的都是数值位。 贴一下一些无符号类型的取值范围,多数为0~2^(所占内存位数)-1。 在这里插入图片描述

整型在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的,而空间的大小是根据不同的类型决定的。 那么数据在开辟的内存空间中到底是如何存储的呢? 首先要了解三大概念:

原码、反码、补码

计算机中的有符号数有三种表示方法,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:

其中符号位都是用‘0’ 表示“正”,用‘1’表示“负” 。数值位的三种表示方法各不相同。

原码:将数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。 补码:反码+1就可以。 正数的原、反、补码都相同。 一个简单的例子说明: 在这里插入图片描述

对于整型来说:数据存放内存中其实存放的是补码。

在计算机系统中,数值一律用补码来表示和存储。原因是: 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。

比如,-10在内存中的存储就如下:(IDE为VS2013) 在这里插入图片描述

为什么这里是f6 ff ff ff呢? 在这里插入图片描述

把-10的补码转换成十六进制就是ff ff ff f6。 但在计算机中显示的地址,顺序好像有点不对劲? 因为在VS中,数据是以小端的形式进行存储的。

大小端

什么是大端和小端?

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。

简单的说: 小端中,低地址:存低数据;高地址:存高数据。 大端中,低地址:存高数据;高地址:存低数据。 那么为什么会有大小端模式呢?

这是因为在计算机系统中,我们是以字节为单位的。 每个地址单元都对应着一个字节,一个字节为 8bit(位)。 但是在C语言中除了8bit的char之外,还有16bit的short型,32bit的long型(要看具体的编译器),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。 例如一个16bit的short型x,在内存中的地址为0x0010,x的值为0x1122,那么0x11为高字节,0x22为低字节。对于大端模式,就将0x11放在低地址中,即0x0010中,0x22放在高地址中,即0x0011中。小端模式,刚好相反。 我们常用的X86结构是小端模式,而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM,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。

一般情况下以小端模式存储的机器:PC 一般情况下以大端模式存储的机器:手机 大小端机器之间是可以互相通信的,在网络中会对字节序进行翻转,具体不做过多赘述。 来看一道笔试题:

请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序。 //一个简单的实现: #include int main() { int a = 0x11223344;//若是小端地址应该是0x44 33 22 11;大端则是0x11 22 33 44。 char *p = (char *)&a;//&a->int *,要进行强制类型转换,取到a的首地址 if (*p == 0x44) { printf("小端\n"); } else { printf("大端\n"); } return 0; }

结果为: 在这里插入图片描述

浮点型在内存中的存储

浮点数类型包括:

float //单精度浮点数 double //双精度浮点数 long double //扩展双精度浮点数

浮点数表示的范围:

float.h中定义

常见的浮点数:

Π = 3.14159 1E10

那么浮点数是如何在内存中存储的呢?(以单精度浮点数为例) 在这里插入图片描述 由图得知,此时12.5f在内存中的存储为 0100 0001 0100 1000 0000 0000 0000 0000 转换成十六进制为 41 48 00 00 由前面得知计算机当中是以小端模式存储的,即以00 00 48 41进行存储。 来验证一下: 在这里插入图片描述 由国际标准IEEE(电子和电气工程协会) 754规定,任意一个二进制浮点数V可以表示成一下形式:

(-1) ^ S * M * 2 ^ E 其中(-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。

比如:十进制的5.0,二进制为101.0,相当于1.01x(2^2)。那么按照以上格式来说,S=0,M=1.01,E=2。 同理:十进制的-5.0,二进制为-101.0,相当于-1.01x(2^2)。那么,S=1,M=1.01,E=2。 IEEE 754规定:

对于32位浮点数,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。 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。

在这里插入图片描述

IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特殊的规定:

对于有效数字:1≤M 1.0010*2^3 //0 1000 0010 0010 0000 0000 0000 0000 000(浮点型存储) printf("n的值为:%d\n", n);//以整数的存储去读这个数得到:1091567616 printf("*p的值为:%f\n", *p);//以浮点数的存储去读这个数得到:9.0 return 0; }

这就是浮点数的存储,与整数的存储完全不一样。

END


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