[C语言]数据在内存中的存储

IT编程爱好者

发布于 2023-04-12 14:01:46

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发布于 2023-04-12 14:01:46

文章被收录于专栏：C/C++爱好者

数据在内存中的存储：：

整型及其浮点型存储方式:

1.数据类型介绍

内置类型:

char	字符型
short	短整型
int	整型
long	长整型
long long	更长的整型 C99标准中引入
float	单精度浮点型
double	双精度浮点型

类型的意义:

1.决定了使用这个类型开辟内存空间的大小(大小决定了使用范围)

2.决定了如何看待内存空间的视角

类型的基本归类:

整型家族：

char : unsigned char

signed char

char

short : unsigned short

signed short

int : unsigned int

signed int

long : unsigned long

signed long

long long : unsigned long long

signed long long

注意：1.long long是在C99标准中引入的.

C语言标准规定：sizeof(long)>=sizeof(int)>=sizeof(short).

2.long在32位平台下占4个字节在64位平台下占8个字节.

3.char是 signed char 还是 unsigned char C语言标准是未定义的，取决于编译器.

浮点数家族：

float : 单精度浮点型

double : 双精度浮点型

注：1.double在C99标准中引入的.

2.float保存小数点后6位，double保存小数点后15或16位.

构造类型：

数组类型

结构体类型 struct

枚举类型 enum

联合类型 union

指针类型：

整型指针：int * pi

字符型指针：char * pc

浮点型指针 : float * pf

泛型指针 : void * pv

空类型：

void表示空类型，通常用于函数的返回类型、函数的参数或指针类型.

2.整形在内存中的存储：原码反码补码

计算机中的整数有三种二进制表示方法：原码、反码、补码.三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位都是用0表示正，用1表示负，而数值位，正数的原码、反码、补码相同，负数的三种表示方法各不相同.

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码.

反码:原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码.

补码：反码+1就是补码.对于整形来说，数据存放内存中，其实存放的是补码.

数据存放补码的原因：

在计算机系统中，数值一律用补码表示和存储，原因在于，是用补码，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.

注：数据在内存中存储的是补码的二进制序列，只是显示的时候将其十六进制化.

3.大小端字节序介绍及判断

大小端介绍：

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.

简单来说，顺序存储即为大端字节序存储，逆序存储即为小端字节序存储，但值得注意的是，大小端都是以字节为单位为讨论顺序的，两个字节以上，不论是什么数据类型，都会分大端存储还是小端存储.

注：大端小端不取决于编译器而是取决于硬件.

为什么会有大端还是小端：

为什么会有大端还是小端之分呢？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8个bit位，但是在C语言中除了8bit位的char之外，还有16bit位的short类型，32bit位的long类型(要看具体的编译环境)，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1个字节，那么必然存在着如何安排多个字节的问题，因此就导致了大端模式还是小端模式.例如：一个16bit位的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0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中，小端模式刚好相反，我没让你常用的X86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.

2015年百度笔试题：

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。

#include<stdio.h>
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.
思路：取出数据在内存中存储的第一个字节来判断大小端
方法：*(char*)&a (&a是int*的)
代码1
int main()
{
	int a = 1;
	if (*(char*)&a == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}
代码2
函数版
int check_sys()
{
	int a = 1;
	if (*(char*)&a == 1)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
}
代码3
简化版
int check_sys()
{
	 int a = 1;
	 return (*(char*)&a);
	
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
}
代码4
联合版
int check_sys()
{
    union
    {
        int i;
        char c;
    }un;
    un.i = 1;
    return un.c;
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
}

数据存储经典习题解析：

第1题：
下列代码的运行结果是：
#include<stdio.h>
int main()
{
	char a = -1;
	signed char b = -1;
	unsigned char c = -1;
	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
	return 0;
}
程序的输出结果是：-1 -1 255
%d是打印有符号的整型 先截断再整型提升
-1一定是以补码的形式存放在内存中的，但是要将原码转化为补码才能得到我们想要的-1

注：有符号的char的取值范围是-128---127 ，无符号的char的取值范围是0-255 有符号的short的取值范围是-32768-32767，无符号的short的取值范围是0--65535

第2题：
下列代码的运行结果：
#include<stdio.h>
int main()
{
	char a = -128;
	printf("%u\n", a);
	printf("%d\n", a);
	return 0;	      
}
程序的输出结果是：42 9496 7168  -128
整型提升补什么看的不是%u而是你要提升的那个变量的数据类型和截断二进制的最高位 
提升完之后在考虑%u还是%d

第3题：
下列代码的运行结果：
#include<stdio.h>
int main()
{
	char a = 128;
	printf("%u\n", a);
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}
程序的输出结果是：42 9496 7168 -128

第4题：
下列代码的输出结果是：
#include<stdio.h>
int main()
{
	int i = -20;
	unsigned int j = 10;
	printf("%d\n", i + j);补码相加
	return 0;
}
程序的输出结果是：-10

第5题：
下列代码的运行结果是：
#include<stdio.h>
int main()
{
	unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
	}
	return 0;
}
程序的输出结果是：9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 4294967295...死循环

第6题：
下列代码的运行结果是：
#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;
}
程序的输出结果是：255

第8题：
下列代码的运行结果是：
#include<stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}
程序的输出结果为：死循环打印hello world.

第9题：
下列代码的运行结果是：
#include<string.h>
int main()
{
	两个无符号数相减最终结果仍然是无符号数
	而有符号数和无符号数在一起计算会转化为无符号数
	if (strlen("abc") - strlen("abcdef") >= 0)
		printf(">\n");
	else
		printf("<\n");
	return 0;
}
程序的输出结果是：>

第10题：
下列代码的运行结果为：
#include<stdio.h>
int main()
{
	unsigned char a = 200;
	unsigned char b = 100;
	unsigned char c = 0;
	c = a + b;
	printf("%d %d", a + b, c);
	return 0;
}
程序的输出结果为：300 44

4.浮点型在内存中的存储

常见的浮点数：3.14159、1E10 == 1.0 * 10^10.

浮点数家族包括：float double long double，注：long double在C99中引入。

整型家族的取值范围是在limits.h的头文件中约定的.

浮点数家族的取值范围是在float.h的头文件中约定的.

抛砖引玉：浮点数存储经典实例：

下列代码的运行结果是：
#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);  以整型内容放进去 而以浮点数内容拿出来
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值为:%d\n", n);  以浮点数内容放进去 而以整型内容拿出来
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	return 0;
}
预期输出结果：9  9.0  9  9.0
实际输出结果：9  0.000000  1091567616  9.000000
注：pFloat是float*类型的指针 那么它就认为通过指针指向的内容是浮点型的 
   打印的时候要从内存中按照浮点数的方式取出

浮点数存储规则：

根据IEEE754(电气和电子工程协会)，任意一个二进制浮点数V都可以表示成：(-1) ^ S * M * 2^E

S表示符号位，M表示数字位，E表示指数位.

IEEE754标准规定：

对于32位的浮点数，最高的一位是符号位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，最高的一位是符号位，接着的11位是指数位，剩下的52位为有效数字M.

IEEE754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.

IEEE754标准规定，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一位有效数字，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，这意味着如果E为8位，它的取值范围是0-255，如果E为11位，它的取值范围是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IEEE754标准规定，存入内存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。

指数E从内存中取出还可以再分为三种情况：

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：

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，而是还原成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).

浮点数存储经典实例题目解析：

5.两道经典指针选择题

#include<stdio.h>
题目1:
下列程序的运行结果为：
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
	short* p = (short*)arr;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		*(p + i) = 0;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}
程序运行结果为：0 0 3 4 5 
数组在内存中存放的时候 会涉及到大小端的问题
题目2:
下列程序的运行结果为：
int main()
{
	int a = 0x11223344;
	char* pc = (char*)&a;
	*pc = 0;
	printf("%x\n", a);
	return 0;
程序的运行结果为：0x11223300
}

C语言编程训练(牛客网)

1.喝汽水问题

#include<stdio.h>
喝汽水，1瓶汽水1元，2个空瓶可以换一瓶汽水，给20元，可以多少汽水（编程实现）。
int main()
{
	int money = 0;
	scanf("%d", &money);
	int total = money;
	int empty = money;
	while (empty >= 2)
	{
		total += empty / 2;
		empty = empty / 2 + empty % 2;
	}
	printf("%d\n", total);
	return 0;
}

2.字符串逆序

#include <stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
    char arr[100001] = { 0 };
    gets(arr);
    int left = 0;
    int right = strlen(arr) - 1;
    while (left < right)
    {
        char temp = arr[left];
        arr[left] = arr[right];
        arr[right] = temp;
        left++;
        right--;
    }
    printf("%s\n", arr);
    return 0;
}

3.打印菱形

#include<stdio.h>
int main()
{
	int line = 0;
	scanf("%d", &line);
	int i = 0;
	打印菱形的上半部分
	for (i = 0; i < line; i++)
	{
		打印第一行的空格
		int j = 0;
		for (j = 0; j < line - 1 - i; j++)
		{
			printf(" ");
		}
		打印第一行空格之后的*
		for (j = 0; j < 2 * i + 1; j++)
		{
			printf("*");
		}
		printf("\n");
	}
	打印菱形的下部分
	for (i = 0; i < line - 1; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j <= i; j++)
		{
			printf(" ");
		}
		for (j = 0; j < 2 * (line - 1 - i) - 1; j++)
		{
			printf("*");
		}
		printf("\n");
	}
	return 0;
}

4.计算Sn=a+aa+aaa+aaaa+aaaaa的前n项和

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 0;
	int n = 0;
	scanf("%d %d", &a, &n);
	int k = 0;
	int i = 0;
	int sum = 0;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		k = k * 10 + 2;
		sum += k;
	}
	printf("%d\n", sum);
	return 0;
}

5.求出0-10000之间的所有"水仙花数"

#include<stdio.h>
思路：1.计算i是几位数 2.得到i的每一位 计算它的n次方之和(注意循环内部改变循环变量的解决办法)
#include<math.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 100000; i++)
	{
		int n = 1;
		int temp = i;
		int sum = 0;
		while (temp / 10)
		{
			n++;
			temp /= 10;

		}
		temp = i;
		while (temp)
		{
			sum += pow(temp % 10, n);
			temp /= 10;
		}
		if (sum == i)
		{
			printf("%d ", i);
		}
	}
	return 0;
}
函数版
int NarcissisticNumber(int i)
{
	int n = 1;
	int temp = i;
	int sum = 0;
	while (temp / 10)
	{
		n++;
		temp /= 10;

	}
	temp = i;
	while (temp)
	{
		sum += pow(temp % 10, n);
		temp /= 10;
	}
	if (sum == i)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}
int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 100000; i++)
	{
		if (NarcissisticNumber(i))
		{
			printf("%d ", i);
		}
	}
	return 0;
}

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原始发表：2023-04-05，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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