【海贼王编程冒险 - C语言海上篇】C语言中的数据类型有哪些？又是如何存储？

枫叶丹

发布于 2024-06-04 11:30:41

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发布于 2024-06-04 11:30:41

文章被收录于专栏：C++

1 -> 数据类型的介绍

基本内置类型有：

char //字符数据类型占1byte(32位系统) short //短整型占2byte int //整形占4byte long //长整型占4byte long long //更长的整形占8byte float //单精度浮点数占4byte double //双精度浮点数占8byte

类型的意义：

1. 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. 如何看待内存空间的视角。

1.1 -> 类型的基本归类

整形家族：

char unsigned char signed char short unsigned short [ int ] signed short [ int ] int unsigned int signed int long unsigned long [ int ] signed long [ int ]

浮点数家族：

float double

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：

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。

2 -> 整型在内存中的存储

2.1 -> 原码、反码、补码

计算机中的整数有三种2进制的表示方法，即原码、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、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。

反码：

原码符号位不变，其他位依次按位取反。

补码：

反码+1。

对于整型来说，数据存放内存中其实是补码。

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。

2.2 -> 大小端介绍

大端：

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：

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。

3 -> 浮点型在内存中的存储

例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <stdio.h>

int main()
{
    int n = 21;
    float* pFloat = (float*)&n;

    printf("n的值为：%d\n", n);
    printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);

    *pFloat = 21.0;

    printf("num的值为：%d\n", n);
    printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);

    return 0;
}

输出结果：

3.1 -> 浮点数存储规则

num 与 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为何浮点数与整数解读结果相差如此之大？

根据国际标准IEEE(the Institute of Electrical and Electronics Engineers电气与电子工程协会)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：

十进制的5.0，写成二进制为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

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位位有效数字M。

对于32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位位有效数字M。

有效数字M的特殊规定：

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。

指数E的特殊规定：

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。

然后，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