C语言——数据在内存中的存储

1. 整数在内存中的存储

1、整数的2进制表⽰⽅法有三种,即 原码、反码和补码

2、有符号的整数,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",最⾼位的⼀位是被当做符号位,剩余的都是数值位。

3、正整数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表⽰⽅法各不相同。

4、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。

重点:对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是⼆进制的补码。

2. ⼤⼩端字节序和字节序判断

2.1 什么是⼤⼩端?

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,按照不同的存储顺序,我们分为**⼤端字节序存储** 和⼩端字节序存储

大端字节序:数据的高位字节存储在低地址,低位字节存储在高地址。例如,十六进制数 0x12345678 在大端模式下存储为 12 34 56 78。

小端字节序:数据的低位字节存储在低地址,高位字节存储在高地址。例如,十六进制数 0x12345678 在小端模式下存储为 78 56 34 12。

我们来看看a的数据在内存中是怎么储存的:

c 复制代码
#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 0x11223344;
	int b = 100;
	return 0;
}

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,这就是小端存储

2.2练习

2.2.1 练习1

%d打印:用10进制的形式,打印有符号的整数

c 复制代码
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = -1;    
	//10000000000000000000000000000001   -1原码
	//11111111111111111111111111111110   -1反码
	//11111111111111111111111111111111   -1补码
	//11111111  -1在a内存中的存储形式
	signed char b = -1;
	//11111111111111111111111111111111   -1补码
	//11111111  -1在b内存中的存储形式
	unsigned char c = -1;
	//11111111111111111111111111111111   -1补码
	//11111111  -1在c内存中的存储形式
	printf("a = %d, b = %d, c = %d", a, b, c);
	//%d  用10进制的形式,打印有符号的整数
	//整型提升:有符号类型提升时会保留符号位,无符号类型补零。
	//11111111111111111111111111111111  ->a  //补码在变成原码进行计算
	//11111111111111111111111111111111  ->b  //补码在变成原码进行计算
	//00000000000000000000000011111111  ->c  //他本身就是原码
	return 0;
}

2.2.2 练习2

%u打印:用10进制的形式,打印无符号的整数

代码1:

c 复制代码
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = -1;    
	//10000000000000000000000000000001   -1原码
	//11111111111111111111111111111110   -1反码
	//11111111111111111111111111111111   -1补码
	//11111111  -1在a内存中的存储形式
	signed char b = -1;
	//11111111111111111111111111111111   -1补码
	//11111111  -1在b内存中的存储形式
	unsigned char c = -1;
	//11111111111111111111111111111111   -1补码
	//11111111  -1在c内存中的存储形式
	printf("a = %u, b = %u, c = %u", a, b, c);
	//%u  用10进制的形式,打印无符号的整数
	//整型提升:有符号类型提升时会保留符号位,无符号类型补零。
	//11111111111111111111111111111111  ->a  //现在是按无符号数打印,所以现在都是原码
	//11111111111111111111111111111111  ->b
	//00000000000000000000000011111111  ->c 
	return 0;
}

代码2:

c 复制代码
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = -128;
	//10000000000000000000000010000000
	//11111111111111111111111101111111
	//11111111111111111111111110000000
	//1000000   ->a
	printf("%u\n", a);
	//整型提升
	//11111111111111111111111110000000
	return 0;
}
c 复制代码
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = 128;
	//00000000000000000000000010000000
	//10000000   ->a
	printf("%u\n", a);
	//整型提升
	//111111111111111110000000
	return 0;
}

2.2.3 练习3

c 复制代码
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	char a[1000];
	//char类型大小只有1字节大小,也就是8个bit//所以只能储存-128~127
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	//a[1000]数据的排列是
	//-1  -2  -3.....-128 127 126 125....1 0 -1 -2
	printf("%d", strlen(a));//strlen求\0前面的元素个数
	return 0;
}

2.2.4 练习4

代码1:

c 复制代码
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;  //范围0~255
int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)//无限循环
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

代码2:

c 复制代码
#include <stdio.h>
int main()
{
	unsigned int i;//范围0~255
	for (i = 9; i >= 0; i--)//无线循环
	{
		printf("%u\n", i);
	}
	return 0;
}

2.2.5 练习5

%x:以16进制的形式打印数据

c 复制代码
#include <stdio.h>
//X86环境 ⼩端字节序
int main()
{
	int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
	//各个元素在内存中的存储方式
  //01 00 00 00,02 00 00 00,03 00 00 00,04 00 00 00
	int* ptr1 = (int*)(&a + 1);     //类型int(*)[4]强制转换成int
	int* ptr2 = (int*)((int)a + 1);//(int)a + 1,相当于把首元素的地址强制转换为整数,再在这个整数上面加1
	printf("%x, %x", ptr1[-1], *ptr2);// ptr1[-1]是跳过一个int类型
	return 0;
}

3. 浮点数在内存中的存储

常⻅的浮点数:3.14159、1E10等,浮点数家族包括: float、double、long double 类型。

浮点数表⽰的范围: float.h 中定义。

3.1 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:

举例来说:

⼗进制的5.0,写成⼆进制是 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(float),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(double),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

3.1.1 浮点数存的过程

IEEE 754 对有效数字M和指数E,还有⼀些特殊规定。

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。

⾄于指数E,情况就⽐较复杂

⾸先,E为⼀个⽆符号整数

这意味着,如果E为8位,它的取值范围为0255;如果E为11位,它的取值范围为02047。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, 210 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。

3.1.2 浮点数取的过程

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(常规情况)

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 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* ,其阶码为-1+127(中间值) = 126,表⽰为01111110,⽽尾数1.0去掉整数部分为0,补⻬0到23位00000000000000000000000,则其⼆进制表⽰形式为:

c 复制代码
0 01111110 00000000000000000000000

E全为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。

c 复制代码
0 00000000 00100000000000000000000

E全为1

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);

c 复制代码
0 11111111 00010000000000000000000

3.2练习

c 复制代码
#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;
	//00000000 00000000 00000000 00001001
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为:%d\n", n);
	//打印9
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	//现在是把00000000 00000000 00000000 00001001当作浮点数的方式去解读
	//S=0
	//M=0000000 00000000 00001001
	//E=1.000-127=-126
	//公式:(-1)^0 * 0.0000000 00000000 00001001 *2^-126=0
	*pFloat = 9.0;
	//9.0的二进制:1001.0
	//公式:(-1)^0 * 1.001 *2^3
	//S=0,M=1.001  E=3   3+127=130
	//0 10000010 00100000000000000000000
	printf("n的值为:%d\n", n);
	//把0 10000010 00100000000000000000000按整数打印
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	//9.00
	return 0;
}

"一键三连,回访必还------童叟无欺的'社交经济学'💰"

完.

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