C语言数据存储
文章目录
- C语言数据存储
- 类型的基本归类
- 类型的意义
- 数据在内存中的存储
- 整形在内存中的存储
- 大小端
- 整形提升和截断
- 浮点型在内存中的存储
- 浮点型的存储规则
- E的不同情况
- 运用
类型的基本归类
有无符号的意义：生活中有写数据是没有符号之分的，将最高位（即符号位）利用可以扩大范围
| 整形 | 包含类型 | 占用空间 | 备注 |
|---|---|---|---|
| char | unsigned char | 1Byte | 字符的本质是ASCII值，是整形 |
| signed char | 1Byte | 不同于直接创建 int a时，a为signed | |
| char | 1Byte | char 到底是signed 还是 unsigned 标准是未定义的，取决于编译器（VS下为signed） | |
| short | unsigned short (int) | 2Bytes | |
| (signed) short (int) | 2Bytes | ||
| int | unsigned int | 4Bytes | |
| (signed) int | 4Bytes | ||
| long | unsigned long (int) | 4/8Bytes | C语言在规定类型大小时，只规定了 sizeof(long) >= sizeof(int) |
| (signed) long (int) | 4/8Bytes | long 在x86为4，x64为8 | |
| long long | unsigned long long (int) | 8Bytes | long long 为C99中引入 |
| (signed) long long (int) | 8Bytes |
| 浮点型 | 占用空间 | 备注 |
|---|---|---|
| float | 4Bytes | float 的精度低，存储范围小，double 精度高，范围大 |
| double | 8Bytes | |
| long double | 不定 | 长度可能会应编译器和平台的不同而产生差异，可能和 double 一样长，可能更长(8/12/16Bytes) |
long double 在 C99 标准中被引入，用以表示更高精度的浮点数
| 构造类型 | |
|---|---|
| 结构体类型 | struct |
| 枚举类型 | enum |
| 联合类型 | union |
| 数组类型 | 各类数组 |
以及不同类型所对应的指针类型、空类型（void）
空类型常用于函数的返回类型（表示无返回）、函数的参数（无需参数）等
类型的意义
- 不同的类型对应所开辟的内存空间大小不同（内存大小决定使用范围）
- 程序看待对应内存空间的视角（程序以何种规则读取）
以下程序用于验证整形和浮点型的存取规则不同
#include <stdio.h>int main()
{int n = 9;//开辟4bytesfloat* pFloat = (float*)&n;//把n的地址放到pfloat里面，实际还是指向那整形的4bytesprintf("n的值为：%d\n", n);//9printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//0.000000//这里按照浮点的规则取出数据，结果错误，说明整形和浮点的存储方式不同*pFloat = 9.0;printf("num的值为：%d\n", n);//1，091，567,616printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.000000return 0;
}
数据在内存中的存储
整形在内存中的存储
整形表示的范围在limits.h中定义（如果不用到上限和下限的话不用引）
程序中整形的二进制表示方式有三种，分别为原码、反码和补码
- 原码即为整数的二进制表示，对于有符号类型，最高位为符号位，0表示正数，1表示负数
- 正数的三码相同
- 负数的反码为原码按位取反（最高位不变），补码为反码加1
以7和-7为例（int）
| 整形 | 表示方式 | 数据 |
|---|---|---|
| 7 | 原码 | 00000000 00000000 00000000 00000111 |
| 反码 | 00000000 00000000 00000000 00000111 | |
| 补码 | 00000000 00000000 00000000 00000111 | |
| -7 | 原码 | 10000000 00000000 00000000 00000111 |
| 反码 | 11111111 11111111 11111111 11111000 | |
| 补码 | 11111111 11111111 11111111 11111001 |
在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。通过补码，可以将负数视为正数，将加法和减法统一处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换（补码的补码即为原码），其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路
int main()
{int a = 20;//原、反、补：00000000 00000000 00000000 00010100// 十六进制 00 00 00 14 （0x 00 00 00 14）int b = -10;//最高位为符号位//原：10000000 00000000 00000000 00001010// 0x 80 00 00 0a//反：11111111 11111111 11111111 11110101// 0x ff ff ff f5//补：11111111 11111111 11111111 11110110// 0x ff ff ff f6//对补码取反：// 10000000 00000000 00000000 00001001// +1：// 10000000 00000000 00000000 00001010 得到原码//20-10 = 20 + （-10）int c = a + b;//00000000 00000000 00000000 00010100//11111111 11111111 11111111 11110110//相加得到一个补码：//（1）00000000 00000000 00000000 00001010 最高位被丢掉//0x 00 00 00 0a (10)return 0;
}
大小端
大小端即计算机系统中两种不同的数据存储方式
大端存储模式 将数据的低位保存在内存中的高位地址，将数据的高位保存在低位地址
小端存储模式 将数据的低位保存在内存中的低位地址，将数据的高位保存在高位地址
由于数据长度、寄存器大小不同，且计算机的存储是以字节为单位的，这就导致了不同长短的数据和寄存器（如16位、32位）之间存在数据存放的顺序问题（即哪些数据放在高地址，哪些放在低地址），大小端存储模式就是为了解决这类问题
我们常用的X86（x64） 结构是小端模式
这里以上面这段简单的代码为例，以下分别位a，b在内存中的存储
实际上，数据存储的规则可以是多种的，只要保证存入和取出的方式相同即可
浮点型同样有大小端，但对一个字节的数据，没有顺序可谈
//判断当前环境是大端还是小端
#include <stdio.h>
int check()
{int i = 1;return (*(char*)&i);//将地址强制转为char*，即只读取最低位的数据//当为小端，得到1；当为大端，得到0
}
int main()
{int ret = check();if (ret == 1){printf("小端\n");}else{ printf("大端\n");}return 0;
}
整形提升和截断
截断发生在数据存储时，整形提升发生在使用时
有关整形提升和截断的内容，详见另一篇博客
C语言对类型的转换-CSDN博客
#include <stdio.h>
int main()
{char a = -1;//char 在VS下是有符号的// -1 是整形，为32位，要存入char，要发生截断//原：10000000 00000000 00000000 00000001//反：11111111 11111111 11111111 11111110//补：11111111 11111111 11111111 11111111//发生截断// a -- 11111111// %d 打印有符号整形，发生整形提升，对于有符号数，高位补1// 11111111 11111111 11111111 11111111 -- 补码// 10000000 00000000 00000000 00000000 -- 取反// 10000000 00000000 00000000 00000001 -- +1 得到原码// b的打印同理// 截断和大小端无关，相当于是从内存中拿出数据后再发生截断signed char b = -1;unsigned char c = -1;//原：10000000 00000000 00000000 00000000//反：11111111 11111111 11111111 11111110//补：11111111 11111111 11111111 11111111// c -- 11111111//无符号数高位补0// 00000000 00000000 00000000 11111111 --- 直接就是原码printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//VS环境下打印 a=-1,b=-1,c=255return 0;
}
浮点型在内存中的存储
根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会） 754 （即IEEE二进制浮点数算术标准），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 — 符号位，当s=0，V为正数；当s=1，V为负数
M — 有效数字，大于等于1，小于2
2^E — 指数位
6.0的二进制表示就是 110.0
s=0，M=1.1，E=2
即为1.1×2^2
6.5就是110.1
s=0, M=1.101,E=2
即为1.101×2^2
浮点型的存储规则
float - 4bytes - 32 bit
最高的1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
double - 8bytes - 64bit
最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M
根据十进制转换二进制的计算规则（小数部分×2取整，得0为止）可知，当一个数的小数部分在多次乘法取整后仍不为0时，可能会将有效数字所占长度全部使用，后面的数据将无法存储。即浮点数存在丢失精度的情况
IEEE 754规定，在计算机内部保存M时，默认的第一位总是1，因此可以被舍去，只保存后面的小数部分（即保留24/53位有效数字），由此可以提高精度
E为一个无符号整数（unsigned int），当8为8位时，其范围为0~255，而科学计数法中的指数可以存在负数，因此IEEE 754规定，存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数，即加上127/1023
E的不同情况
-
E不全为0或不全为1
此时，E的真实值计算即为（E-中间值）
-
E全为0
E+127 = 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
-
E全为1
E + 127 = 255
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）即 1.xxxxxx * 2^128
运用
利用这些规则，分析上面的代码
#include <stdio.h>int main()
{int n = 9;//00000000 00000000 00000000 00001001//0 00000000 00000000000000000001001//s=0 E=00000000float* pFloat = (float*)&n;printf("n的值为：%d\n", n);//9printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//0.000000//0 00000000 0000000000 0000000001 001//s=0 E=00000000//一个接近0的很小的数*pFloat = 9.0;//9.0 --- 1001.0//s=0 E=3 --- 00000011// 3 + 127 = 130 --- 1000 0010//0 10000010 0010000000 0000000000 000printf("num的值为：%d\n", n);//1，091，567,616//01000001 00010000 00000000 00000000printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.000000return 0;
}
