C進(jìn)階：1.深度剖析數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)-創(chuàng)新互聯(lián)

網(wǎng)站制作、做網(wǎng)站服務(wù)團(tuán)隊(duì)是一支充滿(mǎn)著熱情的團(tuán)隊(duì)，執(zhí)著、敏銳、追求更好，是創(chuàng)新互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)與要求，同時(shí)竭誠(chéng)為客戶(hù)提供服務(wù)是我們的理念。成都創(chuàng)新互聯(lián)把每個(gè)網(wǎng)站當(dāng)做一個(gè)產(chǎn)品來(lái)開(kāi)發(fā)，精雕細(xì)琢，追求一名工匠心中的細(xì)致，我們更用心！

1.數(shù)據(jù)類(lèi)型介紹

1.1類(lèi)型的基本歸類(lèi)

整形家族：

浮點(diǎn)數(shù)家族：

構(gòu)造類(lèi)型：

指針類(lèi)型：

空類(lèi)型：

2.整形在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

2.1原碼、反碼、補(bǔ)碼

2.2大小端介紹

3.浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

3.1一個(gè)例子

3.2浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)規(guī)則

1.數(shù)據(jù)類(lèi)型介紹

基本的內(nèi)置類(lèi)型：

char            //字符數(shù)據(jù)類(lèi)型(1byte)
short           //短整型(2byte)
int             //整型(4byte)
long            //長(zhǎng)整型(4/8byte)
long long       //更長(zhǎng)的整形(8byte)
float           //單精度浮點(diǎn)型(4byte)
double          //雙精度浮點(diǎn)型(8byte)
//C語(yǔ)言有沒(méi)有字符串類(lèi)型？

類(lèi)型的意義：

? 1.使用這個(gè)類(lèi)型開(kāi)辟內(nèi)存空間的大小（大小決定了使用范圍）；

? 2.如何看待內(nèi)存空間的視角；

1.1類(lèi)型的基本歸類(lèi) 整形家族：

char    //雖然是字符類(lèi)型，但是在存儲(chǔ)的時(shí)候，存儲(chǔ)的是字符的ASCII值的補(bǔ)碼，ASCII是常數(shù)。
    unsigned char
    signed char
short
    unsigned short [int]
    signed short [int]
int 
    unsigned int 
    signed int
long
    unsigned long [int]
    signed long [int]

要注意的是：
? 1.?char c1;//char到底是有符號(hào)還是無(wú)符號(hào)？---->不確定，取決于編譯器；
? 2.%d - 打印的是有符號(hào)整數(shù)；%u打印的是無(wú)符號(hào)整數(shù)；

浮點(diǎn)數(shù)家族：

float
double
long double - C99標(biāo)準(zhǔn)

構(gòu)造類(lèi)型：

>數(shù)組類(lèi)型
>結(jié)構(gòu)體類(lèi)型  struct
>枚舉類(lèi)型    enum
>聯(lián)合類(lèi)型    union

int arr [10];//arr的類(lèi)型是：int [10]

指針類(lèi)型：

int* pi;
char* pc;
float* pf;
void* pv;

空類(lèi)型：

void 表示空類(lèi)型 (無(wú)類(lèi)型)
通常應(yīng)用于函數(shù)的返回類(lèi)型、函數(shù)的參數(shù)、指針類(lèi)型；

2.整形在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

一個(gè)變量的創(chuàng)建是要在內(nèi)存中開(kāi)辟空間的。空間的大小是根據(jù)不同的類(lèi)型而決定的。

那接下來(lái)我們來(lái)談?wù)剶?shù)據(jù)在所開(kāi)辟的內(nèi)存中到底是如何存儲(chǔ)的？

比如：

int a = 20;
int b = -10;

我們知道為a分配4個(gè)字節(jié)的空間，那應(yīng)該如何存儲(chǔ)？

下來(lái)了解下面的概念：

2.1原碼、反碼、補(bǔ)碼

計(jì)算機(jī)中的整數(shù)有3種二進(jìn)制表示方法，即原碼、反碼、和補(bǔ)碼。

三種表示方法均有符號(hào)位和數(shù)值位兩部分，符號(hào)位用0表示“正”，用1表示“負(fù)”，而數(shù)值位

正數(shù)的原、反、補(bǔ)碼都相同；

負(fù)整數(shù)的三種表示方法各不相同；

原碼
直接將數(shù)值按照正負(fù)數(shù)的形式翻譯成二進(jìn)制就可以得到原碼。

反碼
將原碼的符號(hào)位不變，其他位依次按位取反就可以得到反碼。

補(bǔ)碼
反碼+1就得到補(bǔ)碼。

為什么呢？

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補(bǔ)碼來(lái)表示和存儲(chǔ)。原因在于，使用補(bǔ)碼，可以將符號(hào)位和數(shù)值域統(tǒng)一處理；
同時(shí)，加法和減法也可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器）此外，補(bǔ)碼與原碼相互轉(zhuǎn)換，其運(yùn)算過(guò)程是相同的，不需要額外的硬件電路。

數(shù)值一律用補(bǔ)碼來(lái)表示和存儲(chǔ)：

數(shù)值在運(yùn)算時(shí)，以補(bǔ)碼的形式進(jìn)行運(yùn)算：

數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中其實(shí)存放的是補(bǔ)碼，數(shù)據(jù)在運(yùn)算時(shí)，也是以補(bǔ)碼的形式進(jìn)行運(yùn)算。

我們看看內(nèi)存中的存儲(chǔ)：

我們可以看到對(duì)于a和b分別存儲(chǔ)的是補(bǔ)碼。但是我們發(fā)現(xiàn)順序有點(diǎn)不對(duì)勁。

這又是為什么呢？

2.2大小端介紹

什么是大端小端：

大端（存儲(chǔ)）模式：是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址中。
小端（存儲(chǔ)）模式：是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的高地址中。

為什么有大端和小端：

為什么有大端和小端之分呢？
這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們是以字節(jié)為單位的，每個(gè)地址單元都對(duì)應(yīng)著一個(gè)字節(jié)，一個(gè)字節(jié)為8bit。但是在C語(yǔ)言中除了8bit的char之外，還有16bit的short型，32bit的long型（要看具體的編譯器），另外對(duì)于位數(shù)大于8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由于寄存器寬度大于一個(gè)字節(jié)，那么必然存在著一個(gè)如何將多個(gè)字節(jié)安排的問(wèn)題，因此就導(dǎo)致了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式。
例如：一個(gè)16bit的short型x,在內(nèi)存中的地址為0x0010,x的值為0x1122,那么0x11為高字節(jié)，0x22為低字節(jié)。對(duì)于大端模式，就將0x11放在低地址中，即0x0010中；0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式正好相反，我們常用的x86結(jié)構(gòu)是小端模式，而KEIL C51則為大端模式。很多ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來(lái)選擇大端模式還是小端模式。?

百度2015年系統(tǒng)工程師筆試題

請(qǐng)簡(jiǎn)述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設(shè)計(jì)一個(gè)小程序來(lái)判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序。（10‘）

#include//代碼1：
int check_sys()
{
	int a = 1;//00000000000000000000000000000001
	char* p = (char*)&a;//把a(bǔ)的第一個(gè)字節(jié)的地址賦給 p ,*p = 00000001;//取地址a,并強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換
	if (*p == 1)
	{
		return 1;//小端
	}
	else
	{
		return 0;//大端
	}
}
//代碼2：
//int check_sys()
//{
//	int a = 1;
//	char* p=(char*)& a;
//	return *p;
//}
//代碼3：
//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");
	}
	
	return 0;
}

3.浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

常見(jiàn)的浮點(diǎn)數(shù)

3.14159
1E10
浮點(diǎn)數(shù)家族包括：float、double、long double 類(lèi)型。
浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍：float.h中定義

3.1一個(gè)例子

浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)的例子：

整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式是有所差異的！

3.2浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)規(guī)則

n和*pFloat在內(nèi)存中明明是同一個(gè)數(shù)，為什么浮點(diǎn)數(shù)和整數(shù)的解讀結(jié)果會(huì)差別那么大？

要理解這個(gè)結(jié)果，一定要搞懂浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示方法。

詳細(xì)解讀：

根據(jù)國(guó)際IEEE（電氣和電子工程協(xié)會(huì)）754，任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示成下面的形式：

(-1)^S*M*2^E
(-1)^S - 表示符號(hào)位,當(dāng)S=0，V為正數(shù)；當(dāng)S=1,V為負(fù)數(shù)。
M - 為有效數(shù)字，大于等于1，小于2。
2^E - 表示指數(shù)位。

舉例來(lái)說(shuō)：

十進(jìn)制的5.0，寫(xiě)成二進(jìn)制是101.0，相當(dāng)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。

十進(jìn)制的-5.0，寫(xiě)成二進(jìn)制是-101.0，相當(dāng)于-1.01*2^2。那么，S=1，M=1.01，E=2。

IEEE 754規(guī)定：

對(duì)于32位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位是符號(hào)位s，接下來(lái)的8位是指數(shù)E，剩下的23位是有效數(shù)字M。

對(duì)于64位的浮點(diǎn)數(shù)，最高位的1位是符號(hào)位S，接下來(lái)的11位是指數(shù)E，剩下的52位為有效數(shù)字M

IEEE 754對(duì)有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定。

前面說(shuō)過(guò)，1<=M<2，也就是說(shuō)，M可以寫(xiě)成1.xxxxxx的形式，其中xxxxxx表示小數(shù)部分。

IEEE 754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保留后面的xxxxxx部分。比如保存1.01時(shí)候，只保存01，等到讀取的時(shí)候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節(jié)省一位有效數(shù)字。以32位浮點(diǎn)數(shù)為例，留給M只有23位，將第一位的1舍去后，等于可以保存24位有效數(shù)字。

指數(shù)E，情況就比較復(fù)雜。

首先E為一個(gè)無(wú)符號(hào)整形（unsigned int）,這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0~255，如果E為11位，它的取值范圍為0~2047。但是我們知道，科學(xué)計(jì)數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以IEE754規(guī)定存入內(nèi)存時(shí)E的真實(shí)值必須再加上一個(gè)中間數(shù)，對(duì)于8位的E這個(gè)中間數(shù)是127；對(duì)于11位的E，這個(gè)中間數(shù)是1023。比如2^10的E是10，所以保存成32位浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，必須保存成10+127=137,即10001001。

然后，指數(shù)E從內(nèi)存中取出還可以分為3種情況：

E不全為0或不全為1

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計(jì)算值減去127（或1023），得到真實(shí)值，再將有效數(shù)字M前面加上第一位1。
例如：
0.5（1/2）的二進(jìn)制形式為0.1，由于規(guī)定正數(shù)部分必須為1，即將小數(shù)點(diǎn)右移1位，則為1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為 01111110 ，而尾數(shù)1.0去掉整數(shù)部分為0，補(bǔ)齊0到23位000000000000000000000000，則二進(jìn)制的表示形式為

0 01111110 00000000000000000000000

E為全0

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實(shí)值，
有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示+-0，以及接近于0的很小的數(shù)字。

E為全1

這時(shí)如果有效數(shù)字M全為0，表示 $\pm$ 無(wú)窮大（正負(fù)取決于符號(hào)位s）;

舉個(gè)例子：

好了，關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)的表示規(guī)則就說(shuō)到這里。

解釋前面的浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)的例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#includeint main()
{
	int n = 9;
	//00000000 00000000 00000000 00001001
	// 
	//0 00000000 00000000000000000001001
	//E = -126;
	//M = 0.00000000000000000001001;
	//S = 0;
	//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126  數(shù)值無(wú)限接近于0；
	//
	float* pFloat=(float*)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);//將n以有符號(hào)整形的形式打印出來(lái)
	//9
	printf("pFloat的值為：%f\n", *pFloat);//將n從整形強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)型，并將地址交給*pFloat，
	//0.000000												//然后以浮點(diǎn)數(shù)的形式打印出來(lái)
	*pFloat = 9.0;
	//1001.0
	//1.001 * 2^3
	//(-1)^0 * 1.001 * 2^3
	//S = 0;
	//M = 1.001;
	//E = 3   +127
	//0 10000010 00100000000000000000000
	//
	printf("n的值為：%d\n", n);		//將n以有符號(hào)整形的形式打印出來(lái)
	//1091567616
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);//以浮點(diǎn)數(shù)的形式打印出來(lái)
	//9.0
	return 0;
}

下面，讓我們回到一開(kāi)始的問(wèn)題：為什么 0x00000009 還原成浮點(diǎn)數(shù)，就成了 0.000000 ?

首先，將 0x00000009 拆分，得到第一位符號(hào)位s=0,后面的8位的指數(shù)E=00000000,最后的23位的有效數(shù)字M = 000 0000 0000 0000 0000 1001。

9 ->0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

由于指數(shù)E全為0，所以符合上述的第二種情況。因此，浮點(diǎn)數(shù)V就寫(xiě)成：

$V = (-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^{-126} = 1.001*2^{-126}$

顯然，V是一個(gè)很小的接近于0的正數(shù)，所以用十進(jìn)制小數(shù)表示就是0.000000。

再看例題第二部分。

請(qǐng)問(wèn)浮點(diǎn)數(shù)9.0，如何用二進(jìn)制表示？還原成十進(jìn)制又是多少？

首先，浮點(diǎn)數(shù)9.0等于二進(jìn)制1001.0，即1.001×2^3。

9.0 ->1001.0 ->(-1)^0 * 1.0012^3  ->S=0,M=1.001, E=3+127 = 130

那么第一位的符號(hào)位 s=0,有效數(shù)字M等于001后面再加20個(gè)0，湊滿(mǎn)23位，指數(shù)E等于3+127 = 130，即10000010。

所以，寫(xiě)成二進(jìn)制的形式，應(yīng)該是S + E + M,即

0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

這個(gè)32位的二進(jìn)制，還原成10進(jìn)制，正是1091567616。????????

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