数据在内存中的存储（2）

我们继续看我们没做完的题

练习2

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
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;
}

这里先给大家具体看一下数据类型的取值范围

但是还有一个问题，最后我要输出的结果的占位符是"%d"，打印的是十进制数字，所以我们还要进行"整型提升"，整型提升补的是符号位

所以最后输出的结果就是"-1""-1""255"

练习3

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = -128;
	char b = 128;
	printf("%u\n%u\n", a,b);
	return 0;
}

虽然只取低八位的比特位，但打印的是无符号十进制数，所以打印的是整型提升后的所有比特位

练习4

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	char a[1000];  //下标是0到999
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;  //-1,-2,-3......
	}
	printf("%d", strlen(a));
	return 0;
}

这里先给大家另一个理解方式

如果顺时针方向循环转动就是0,1,2,3，......126,127，-128，-127......-2，-1,0,1,2......

逆时针方向循环转动就是-1，-2，-3，-127，-128,127,126......2,1,0，-1，-2......

而这里采用逆时针转动，直到遇到"\0"结束，而"\0"的ascii值为0，strlen遇到\0会停下来

练习5

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

首先无符号char的取值范围是0~255，当i==255的时候就要加1，此时加1的结果不是256，而是0

所以这里会陷入死循环

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
	unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
	}
	return  0;
}

当i==0的时候就要再减1，此时从数学上讲是-1，但unsigned int i=-1的时候是一个无符号数，但-1是一个有符号数，所以就会转化成一个非常大的数，然后再对这个非常大的数循环减

练习6

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
//X86环境⼩端字节序
int main()
{
	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;
}

&a代表取出的是整个数组的地址然后加1，就跳到数组最后一个地址的后一位，然后再对地址-1就回到数组最后一个字符的地址后解引用

（int）a表示把数组首元素地址取出来后转化为整型数据后加1就是地址加1，比如0x11223343+1后就是0x11223344（多了一个字节），然后ptr2是一个整型类型的指针，解引用后就是多了一个字节的地址的数据，但这是小端存储，就要还原该有的数据，就是02000000

浮点数在内存中的存储

常见的浮点数：3.14159、1E10等，浮点数家族包括：float，double，long double等

浮点数的范围在float.h头文件中展现

我们先给大家一段代码来引入

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
    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;
}

这里如果从整数的形似输出浮点数不一样，从浮点数的形式输出整数也不一样，这里就先理解这么多，其他的下面来理解

浮点数的存储

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

任何一个十进制的浮点数都可以转化为二进制的浮点数，而二进制的浮点数可以用该公式表示

比如5.5这个浮点数我们可以写成101.1这个二进制数形式，还可以表示成（-2）^0*101.1*2^0

s=0，m=101.1，e=0

再比如，5.0这个浮点数，二进制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

所以浮点数的存储其实就是在存储s,m,e这三个相关的值

IEEE 754规定：

对于32位的浮点数，最高的1位存储符号位S，接着的8位存储指数E，剩下的23位存储有效数字M 对于64位的浮点数，最高的1位存储符号位S，接着的11位存储指数E，剩下的52位存储有效数字M

浮点数存的过程

IEEE 754对有效数字M和指数E，还有⼀些特别规定

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

至于指数E，情况就比较复杂首先，E为无符号整数（unsignedint）

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IEEE754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

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
    float f = 5.5f;//
    //5.5
    //101.1
    //1.011*2^2
    //(-1)^0*1.011*2^2
    //s=0 m=1.011 e=2
    //但是e要加上一个中间值127才可以正确存储，所以e是129
    //m存储的是小数点后面的数，就是011，但后面还有很多位，就在后面补0
    //m就是01100000000000000000000，补够32个比特位
    //所以01000000101100000000000000000000(十六进制：40B00000)就是我们存到内存中的值

    return 0;
}

说明这里是小端存储，但是不是所有浮点数都可以准确的存储在内存中，必定会有差值

浮点数取的过程

现在我们回到当开始的代码

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#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
    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;
}

站在pFloat的角度，它认为它指向的是一个float类型的数据0 00000000 00000000001001，此时它的视角就是s=0,e=00000000,m=00000000001001

当内存中的e全为0的时候，真的e就是1-127=-126

有效的m不再取出数字后加1

最后结果就是(-1)^0*0.0 00000000 0000000000100182^-126，第二个输出就是0.000000

而9.0的二进制是1001.1，相当于1.001*2^3或（-1）^0*1.001*2^3，此时s=0,m=1.001,e=3

现在我把这个数9.0存到n里面去，0 10000010 (m不会把1.001前面的1村存进去，只会存001，但位数不够，在后面补0)00100000000000000000000，现在以%d(有符号数)的形式打印，最高位是0，所以第三个输出就是这个数转化为十进制数