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数据在内存中的存储(c语言)

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薄荷冰
发布2024-01-22 21:38:15
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发布2024-01-22 21:38:15
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文章被收录于专栏:后端学习之旅后端学习之旅
数据类型分类

数据的类型分为整型,浮点型,构造型,指针,和空类型。这些类型决定类型使用时开辟空间的大小和看待这一内存空间的视角 1 整形类型

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这里许多人可能想问为什么char放在了整形里面;其实是因为char在存数据时以ASCII形式存储,ASCII是整数,以整形存储。 值得一提的是signed与unsigned,他们的区别会在下文中提到,这里仅解释为什么signed一般不需要;因为对于short int long 类型他们默认与signed short [int] signed int signed long [int] 等价([ ]表示可以省略) 而char比较特殊,char 到底表示signed还是unsigned 取决于编译器,而常见的编译器上(如vs)char=signed char 2 浮点数家族 fioat double 3 构造类型(自定义类型)

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4 指针类型

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5 空类型 void 表示空类型(无类型),通常用于函数的返回类型,函数的参数,指针类型。

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2进制表示方法,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,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位 正数的原、反、补码都相同。 负整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 将原码的符号位不变,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。 这是因为在计算机系统中,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)。

如 (-1)+1 -1补码为11111111 11111111 11111111 11111111 1 补码为 00000000 00000000 00000000 00000001 相加后为00000000 00000000 00000000 00000000

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。 棋过程都为取反后加1;

注: 对于无符号整形来说没有符号位这一说,这也导致无符号整形在整型提升时前面补0,而不是1; 如:

代码语言:javascript
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unsigned char a = 255;
	int b = (a + 1);
	char c = 255;
	int d = (c + 1);

如果将a参与到与int类的运算中则会发生整形提升, 从1111 1111 变为00000000 00000000 00000000 11111111 而c则会从1111 1111变为11111111 11111111 11111111 11111111 也就是-1,所以b=256,c=0

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让我们看看在内存中的存储

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我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但似乎顺序不对。这又是因为什么

大小端

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。

图解
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为什么有大端和小端:

为什么会有大小端模式之分呢?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 bit。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(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

浮点型在内存中的存储

浮点数包括float double long double类型 浮点数范围在float,h 中(可以用软件Everything查找)

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 * 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。

举例来说二进制1011可以写成1.011*2^3(其实就是科学计数法 )

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IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定。 M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0255;如果E为11位,它的取值范围为02047。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。 这样就出现了三种情况

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: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。 0 01111110 00000000000000000000000 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);

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原始发表:2024-01-22,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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