深度剖析数据在内存中的存储(上) |
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深度剖析数据在内存中的存储(上)
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文章目录
一、数据类型介绍。（1）C语言自带基本类型：（2）类型的基本归类：类型的意义：
二、 整型在内存中的存储1.原码、反码、补码（整数的三种二进制表示形式）：2.大小端介绍
三、 练习第一题：判断下面程序的输出内容 （unsigned 和 signed的区别） 。第二题：判断下面程序的输出内容是否相同（使用 %u 打印 有符号整型） 。第三题：判断下面程序的输出内容 （用%d打印：有符号整型 + 无符号整型）第四题：判断下面程序的输出内容 （无符号整数进行自减循环）第五题：判断下面程序的输出内容 （字符数组存储整型数字）第六题：判断下面程序是否为死循环 （unsigned char 取值范围）
一、数据类型介绍。
（1）C语言自带基本类型：
数据类型意义字节数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 或 8 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
（2）类型的基本归类：
----------------------------整型类型：（只有整型分有符号和无符号）----------------------- char： unsigned char signed char 注：字符存储时，存储的是ASCII码值，是整型，所以认为char是整型。 直接写成 char 是 signed char 还是 unsigned char 是不确定的（取决于编译器) short： unsigned short [int] signed short [int] = short [int] 注：( [int]通常会省略掉 ) int： unsigned int signed int = int long: unsigned long [int] signed long [int] = long [int] 注：( [int]通常会省略掉 ) long long : unsigned long long [int] signed long long [int] = long long [int] 注：( [int]通常会省略掉 ) signed：二进制位的最高位是 符号位 ，其它位都是 数值位。 unsigned：二进制位的最高位也是 数值位，即所有位都是 数值位。 signed char 范围是：-128~127，补码：10000000无法转换为原码，被直接当成-128 unsigned char 范围是：0~255，8位全是 数值位，无负数 ---------------------------------------------浮点数类型：--------------------------------------------- float double long double ---------------------------------------------构造类型(自定义类型)：------------------------------- 数组类型： int arr1[50]; 类型是 int [50] float arr2[100]; 类型是 float [100] char arr3[20]; 类型是 char [20] 注：(这是三个不同的数组类型) 结构体类型 : struct 枚举类型: enumt 联合类型: 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。 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）用于存储整数值，可以进行算术运算。不同的整数类型在内存中占用的空间大小不同，可以根据需要选择合适的类型来节省内存空间 。 例如：有些整型数据可能比较小，使用short就够了（short的范围：-32768 ~ 32767。）如：身高，年龄等。字符类型（char）：用于表示单个字符。字符类型可以用来存储字母、数字、标点符号等。数组类型（array）：用于存储一组相同类型的元素。数组可以按照索引访问和操作其中的元素。指针类型（pointer）：用于存储变量的内存地址。指针类型可以用于实现动态内存分配、数据结构和函数指针等。结构体类型（struct）：用于定义自定义的复合数据类型，可以包含多个不同类型的成员变量。枚举类型（enum）：用于定义一组具有名称的常量。枚举类型可以用于增加代码的可读性和可维护性。 二、 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，空间的大小是根据不同的类型而决定的 那么开辟空间后，数据在所开辟内存中是如何存储的呢？ 1.原码、反码、补码（整数的三种二进制表示形式）：原码： 正数：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到原码 负数： (1)直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到原码 (2)反码按位取反得到原码 (3)补码按位取反，再+1得到原码反码： 正数：原码、反码、补码 都相同 负数：原码的符号位不变，将其它位依次按位取反得到反码 或者补码-1得到反码补码： 正数：原码、反码、补码 都相同 负数：反码+1得到补码
代码如下（示例）： #include int main() { int a = 10;//创建一个值为10的整型变量a，这时a向内存申请4个字节来存放数据 // 4个字节 - 32比特位 //00000000000000000000000000001010 -- 原码 //00000000000000000000000000001010 -- 反码 //00000000000000000000000000001010 -- 补码 int b = -10; //10000000000000000000000000001010 -- 原码 //11111111111111111111111111110101 -- 反码 //11111111111111111111111111110110 -- 补码 return 0; }对于整型来说：数据存放在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。 原因在于：使用补码，可以将符号位 和数值位 统一处理（把符号位也看成数值位来计算）； 同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）， 此外，补码和原码相互转换，其运算过程是相同的 （原码转换为补码按位取反再+1，补码转换为原码也可以按位取反再+1）， 不需要额外的硬件电路。
（1）字节序： 以字节为单位，有两种存储顺序（大端字节序存储 / 小端字节序存储） （2）低位 / 高位： 十进制：数字123，1是百位，2是十位，3是个位。这里的1就是高位，3就是低位。 十六进制：0x 11 22 33 44，这里 11 就是高位，44就是低位。 （3）大端字节序存储： 大端（存储）模式：指数据的低位字节内容保存在内存的高地址中，而数据的高位字节内容，保存在内存的低地址中。（低位高地址，高位低地址） （4）小端字节序存储： 小端（存储）模式：指数据的低位字节内容保存在内存的低地址中，而数据的高位字节内容，保存在内存的高地址中。（低位低地址，高位高地址） 为什么有大端和小段： 一个数据只要超过一个字节，在内存中存储的时候就必然涉及到顺序的问题，所以要有大端和小端的存储模式对该数据进行排序。 为什么会有大小端模式之分，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 。但是在C语言中除了 8bit 的 char 之外，还有 16bit 的 short 类型，32位的 long 类型（具体要看编译器），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，那么就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 类型 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，即地址 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即地址 0x0011 中。小端模式则相反。 我们常用的 x86 结构是小端模式，所以上面的图数据会“倒着放”，低位字节放在了低地址，高位字节放在了高地址。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为大端模式还是小端模式。 判断大小端的程序 思路：设一个变量a，在内存中的存放方式(十六进制数)为：01 00 00 00 ... 00 (小端），地址第一位是1，如果是大端存储：则应该是：00 .... 00 00 00 01， 地址第一位是0，可以把 a 的地址取出第一位。 如果第一位地址 == 1，说明是小端存储， 第一位地址 == 0，说明是大端存储，取出 int类型a 的 地址 第一位方法：*（char*）&a。 代码： #include //小端返回1 //大端返回0 int pan_duan() { int a = 1; return *(char*)&a; } int main() { int ret = pan_duan(); if(ret == 1) printf("小端\n"); else printf("大端\n"); return 0; }在VS的运行结果 运行结果： 运行结果1 解析 #include int main() { char a = -128; //10000000000000000000000010000000 -- 原码 //11111111111111111111111101111111 -- 反码 //11111111111111111111111110000000 -- 补码 // 截断后： // 10000000 -- 截断后补码 printf("%u\n", a); // %u -- 十进制形式打印无符号的整型 // 对 char 变量 打印 整型数字，进行整型提升 // char类型 有符号位，按符号位补满： //11111111111111111111111110000000 -- 补满后的补码 //因为是 无符号整数 打印，所以 原码、反码、补码 相同 // 那么这个数的原码的十进制表示则为4294967168 return 0; } #include int main() { char a = 128; //00000000000000000000000010000000 -- 原码 //11111111111111111111111101111111 -- 反码 //11111111111111111111111110000000 -- 补码 // 截断后： // 10000000 -- 截断后补码 // 跟-128是一样的， printf("%u\n", a); // %u -- 十进制形式打印无符号的整型 // 对 char 变量 打印 整型数字，进行整型提升 // char类型 有符号位，按符号位补满： //11111111111111111111111110000000 -- 补满后的补码 //因为是以 无符号整数 打印，所以 原码、反码、补码 相同 // 所以这个数的原码的十进制表示与1.一样为4294967168 return 0; } 第三题：判断下面程序的输出内容 （用%d打印：有符号整型 + 无符号整型） #include int main() { int a = -20; unsigned int b = 10; printf("%d\n", a + b); return 0; }运行结果： 解析： #include int main() { int a = -20;//有符号整型： //10000000000000000000000000010100 -- 原码 //11111111111111111111111111101011 -- 反码 //11111111111111111111111111101100 -- 补码 //无符号整型： unsigned int b = 10; //00000000000000000000000000001010 -- 原码 // 原码、反码、补码 相同 printf("%d\n", a + b); // a的补码 和 b的补码 相加 //11111111111111111111111111101100 -- a的补码 //00000000000000000000000000001010 -- b的补码 //11111111111111111111111111110110 -- 两补码相加后的补码 //该补码再通过%d打印有符号数，最高位是符号位，知道补码，要计算得到原码 //11111111111111111111111111110101 -- 反码 // 反码 符号位 不变，其它位 按位取反 //10000000000000000000000000001010 -- 原码 --> //-10 return 0; } 第四题：判断下面程序的输出内容 （无符号整数进行自减循环） #include #include int main() { unsigned int i; for (i = 9; i >= 0; i--) { printf("%u\n", i); Sleep(1000); //单位是毫秒，休眠1秒再继续下个语句 } return 0; }运行结果： |
为什么会导致储存？
解析
运行结果2 
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