C语言数据在内存中的存储
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文章目录
- C语言数据在内存中的存储
- 前言
- 一.整数在内存中的存储
- 1.1整数的表示形式
- 1.2整数在内存中的存放
- 二.大小端字节序和字节序判断
- 2.1大小端的概念
- 2.2为什么有大小端
- 三.练习
- 3.1整型提升
- 3.2算术转换
- 3.3练习一（百度笔试题）
- 3.4练习二
- 3.5练习三
- 3.6练习四
- 3.7练习五
- 3.8练习六
- 四.浮点数在内存中的存储
- 4.1练习
- 4.2浮点数的存储
- 4.3浮点数存的过程
- 4.4浮点数取的过程
- 后言
前言
哈喽，各位小伙伴大家好！我们都知道计算机的数据都是存储在内存中的。那它是如何存储，以什么形式存储，存储方法又是什么呢？今天小编就带着大家一起去学习数据在内存中的存储。向着大厂冲锋！
一.整数在内存中的存储
1.1整数的表示形式
整数的2进制表示方法有三种，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”，
而数值位最高位的⼀位是被当做符号位，剩余的都是数值位。
-
正数：
正整数的原、反、补码都相同。
-
负数：
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得到的就是原码。
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。
注意，补码转原码有两种方式。
一：先-1后取反。
二：先取反后+1。
1.2整数在内存中的存放
对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
在计算机系统中，数值⼀律⽤补码来表示和存储。
为什么呢？
- 使用补码，可以将符号位和数值域统⼀处理。
- 加法和减法也可以统⼀处理（CPU只有加法器），可以将减法转化为加法运算。这是用原码计算是错误的，使用补码才能正确运算。
- 补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，都可以按取反+1转化，不需要额外的硬件电路。
二.大小端字节序和字节序判断
当我们了解了整数在内存中存储后，我们调试看⼀个细节：
#include int main() { int a = 0x11223344; return 0; }
调试的时候，我们可以看到在a中的 0x11223344 这个数字是按照字节为单位，倒着存储的。
这是为什么呢？
这就涉及到大小段字节序的问题了。
2.1大小端的概念
其实超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候，就有存储顺序的问题。
我们来想一个问题
#include int main() { int a = 0x11223344; return 0; }如果我们要把a存在内存里我们该怎么存。
比如这四种存放顺序。
其实只要保证存放时的数据和我们拿出来的数据是一样的，
任何顺序都可以。
但是为了为了方便理解，我们就选用第一和第二种存放方式。
这两种就会大端字节序存放和小端字节序存放。、
-
大端字节序存储
将一个数据低位字节的内容存放到高地址，把高位字节的内容存放到低地址处。
-
小端字节序存储
将一个数据高位字节的内容存放到高地址，把低位字节的内容存放到低地址处。
注意无论是大端还是小段存储，我存放的是什么，从内存拿出来时就是什么。不会因为倒着存放，拿出来的数据就是倒着的。
2.2为什么有大小端
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8bit位，
但是在C语言中除了8bit的 char 之外，还有16bit的 short 型，32bit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。
- 举例
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都为小段模式。
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。
三.练习
3.1整型提升
C语言中整型算术运算总是至少以默认整型类型的精度来进行的。
为了获得这个精度，表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型，这种转换称为整型提升。
- 整型提升的意义
表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执行，CPU内整型运算器(ALU)的操作数的字节长度⼀般就是int的字节长度，同时也是CPU的通用寄存器的长度。
因此，即使两个char类型的相加，在CPU执行时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准长度。
通用CPU（general-purposeCPU）是难以直接实现两个8比特字节直接相加运算（虽然机器指令中可能有这种字节相加指令）。所以，表达式中各种长度可能小于int长度的整型值，都必须先转换为int或unsigned int，然后才能送入CPU去执行运算。
//实例1 char a,b,c; ... a = b + c;
b和c的值被提升为普通整型，然后再执行加法运算。
加法运算完成之后，结果将被截断，然后再存储于a中。
那如何整型提升呢？
- 有符号整数提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的。
- 无符号整数提升，高位补0。
//负数的整形提升 char c1 = -1; 变量c1的⼆进制位(补码)中只有8个⽐特位： 1111111 因为 char 为有符号的 char 所以整形提升的时候，⾼位补充符号位，即为1 提升之后的结果是： 11111111111111111111111111111111 //正数的整形提升 char c2 = 1; 变量c2的⼆进制位(补码)中只有8个⽐特位： 00000001 因为 char 为有符号的 char 所以整形提升的时候，⾼位补充符号位，即为0 提升之后的结果是： 00000000000000000000000000000001 //⽆符号整形提升，⾼位补0
3.2算术转换
如果某个操作符的各个操作数属于不同的类型，那么除非其中⼀个操作数的转换为另⼀个操作数的类型，否则操作就无法进行。下⾯的层次体系称为寻常算术转换。
long double double float unsigned long int long int unsigned int int
如果某个操作数的类型在上面这个列表中排名靠后，那么首先要转换为另外⼀个操作数的类型后执行运算。
3.3练习一（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。（10分）-百度笔试题
以1为例。
我们只需要拿到低地址处的字节内容即可。
那怎样才能拿到呢？
#include int check_sys() { int i = 1; return (*(char*)&i);//拿到低地址处的字节内容 } int main() { int ret = check_sys(); if (ret == 1) { printf("⼩端\n"); } else { printf("⼤端\n"); } return 0; }我们只需要取出变量i的地址,因为&取出的总是低地址的那个字节地址。
但是因为是int类型，而我们只需要一个字节，所以我们强制类型转化为char*。
再解引用即可访问低地址的那个字节，再判断是1还是0即可。
- 验证：
3.4练习二
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; }上面的代码会输出啥？
首先我们需要知道signed char和unsigned char的区别。
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signed char
-
unsigned char
我们现在再回到题目。
-
补码存储
因为内存中存储的是二进制的补码，所以我们先把-1的补码写出来。
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截断
因为-1是整数，放在char类型变量需要发生截断，只保留后八位比特位。
-
整型提升
注意char是有符号的char还是无符号的char是取决于编译器的！
在vs中char等价于signed char。
char a = -1; signed char b = -1; unsigned char c = -1; printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);因为是%d打印，%d是打印有符号整数。所以这里需要发生整型提升。
整型提升有符号数按照符号位填充，无符号数用0填充。
所以结果就是-1 -1 255。
- 验证
所以数据在存储时不会关心是否是有符号数还是无符号数。
输出时才会考虑是否是有符号数还是无符号数。
3.5练习三
#include int main() { char a = -128; printf("%u\n", a); return 0; }-
补码存储
这里我们写出-128的补码。
-
截断
-
整型提升
%u认为内存存放的是无符号数。
a是char类型，需要发生整形提升。
-
验证：
#include int main() { char a = 128; printf("%u\n",a); return 0; }
所以这两个代码的输出一样。
- 验证：
3.6练习四
#include int main() { char a[1000]; int i; for(i=0; i a[i] = -1-i; } printf("%d",strlen(a)); return 0; } a[i] = -1-i; } for(i = 0;i printf("Hello World\n"); } return 0; } unsigned int i; for(i = 9; i = 0; i--) { printf("%u\n",i); } return 0; } int a[4] = { 1, 2, 3, 4 }; int *ptr1 = (int *)(&a + 1); int *ptr2 = (int *)((int)a + 1); printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2); return 0; } 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; } float f = 5.5f; return 0; }
- 验证：
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- 验证
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- 验证：
- 整型提升的意义
- 举例
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