【C语言】探索数据的存储（下篇）

✨作者：@平凡的人1 ✨专栏：《C语言从0到1》 ✨一句话：凡是过往，皆为序章 ✨说明: 过去无可挽回， 未来可以改变

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大家好呀，前面我们了解了数据类型，数据类型的基本分类以及整型在内存中的存储还有了大小端的存储。接下来，本篇博客开始之前会先来练习4道相关类型的题目，复习巩固。以及主要介绍浮点型在内存中的存储

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题目练习

题1：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main()
{
	unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--) 
	{
		printf("%u\n", i);
		Sleep(1000);
	}
	return 0;
}

按照我们的想法，0-1之后就是-1，应该循环结束才对，但是事实真的如此吗？

image-20220526131621290

我们想象一下，-1此时是放在unsigned int i里面的，对于无符号类型来说，站在它的角度来说，-1的补码是32个1，最高位不是符号位，所以代表很大的数，画个图理解一下：

image-20220526132001989

打开计算器算一下究竟多大：

image-20220526132219344

这也是为什么会产生这么大的数字，永远不可能小于0，会陷入死循环，这就是这道题。

题2：

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
   {
        a[i] = -1-i;
   }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0; 
}

结果为：

image-20220526132534447

这时候，你可能又不知道为什么了，a里面可能是-1，-2，-3…-1000。如果你这样想，那肯定有问题，strlen()是求字符串的长度，关注的是字符串中‘\0’（既数字0）之前的多少字符，而如果像上面这么想，里面根本没0，算不了。

现在重新想想：a是char类型，所以取值范围已经是确定的了-128——127，不管是多大还是多小的数肯定都是在这个范围里面。我们可以画个圆圈来表示char的范围：

image-20220526134312898

不断+1的时候都在转圈，不会超出范围。

所以对于这道题，减到-128的时候不会再小下去了，会变成127，然后再126,125最后到0，然后又是-1,-2…strlen求的是\0.所以128+127 = 255，结果就是这么来的。

题3：

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

结果为：死循环打印hello world

为什么？

unsigned char的取值范围为0-255，i的值不可能大于255，所以循环判断条件恒成立，一直循环。跟上面那道题目类似。

题4：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	if (strlen("abc") - strlen("abcdef") >= 0)
	{
		printf(">\n");
	}
	else
	{
		printf("<\n");
	}
	return 0;
}

常规情况下，你是这样想的：if里面的结果为：3-6<0,结果是打印< .

但是实际情况是：

image-20220526135944725

为什么？strlen的返回结果是size_t:

image-20220526140101960

size_t实际上是unsigned int。求字符串的长度根本不可能是负数，所以设置为unsiged int。所以根本不会出现负数的情况。打印结果为>

好了，通过上面几道小题热了一下身。现在我们来开始进入今天的重要内容：《 浮点型在内存中的存储》。下面让我们来一探究竟，浮点型在内存中是如何存储的。

浮点型在内存中的存储

我们知道，浮点数家族包括： float、double、long double 类型。下面我们一起来看看是怎么存储的

浮点数存储规则

详细解读：

根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会） 754，任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2E
• (-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。

看到这里，懵了，我们来举个例子：以5.0为例

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。

还是不理解？没关系，画图：

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但是存在一些浮点数是无法表示出来的。小数点后面的数无法完整地表示出来，可能总是差一点点。可能会出现精度的缺失。

这些东西有什么用？

IEEE 754规定：

对于32位的浮点数，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。

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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。

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IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。 前面说过， 1≤M<2 ，也就是说，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。至于指数E，情况就比较复杂。 首先，E为一个无符号整数（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，我们知道，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。

以5.5为例子：

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这时候，我们知道了怎么存进去，那么我们还要知道怎么取出来。

指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

E不全为0或不全为1

这时，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j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

E全为0

这时，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。

E全为1

这时，如果有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位s）；

关于浮点数的存储，我们就先了解到这里。

了解完上面之后，这时候，你可能会想，有什么用嘞，别急，我们通过一个例子来运用上面的知识，就会发现其作用所在了。

一个例子

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值为：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

先自己尝试动手算一算结果是什么？

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下面我们一起来分析分析为什么会出现这种结果：

首先，刚开始n的值是毋庸置疑的就是9 我们来看看*pFloat

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看看num，继续看到*pFloat = 9.0；

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通过计算器计算出结果：

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这也就是num的值了 我们看看最后一个值：以浮点数形式放，再以浮点数打印，结果自然是9.0000000

结语

好的，关于数据存储的内容这块内容我们到这里结束了，如果觉得还不错的话，记得点赞＋收藏哦！🌹