数据的存储【详解】【强烈推荐！！！】

news2024/9/20 9:30:00

数据的存储

1. 数据类型介绍
- 1.1 类型的基本归类
2. 整型在内存中的存储
- 2.1 原码、反码、补码
- 2.2 大小端介绍
- 2.3 练习
3. 浮点型在内存中的存储
- 3.1 一个例子
- 3.2 浮点数存储规则

1. 数据类型介绍

基本的内置类型、大小（字节）（VS编译器）
在这里插入图片描述

意义：
1. 大小决定了适用范围
2. 提供了看待内存空间的视角。例如：在VS编译器中创建一个整型变量，我们向内存申请了4个字节的空间。

1.1 类型的基本归类

整型家族：

在这里插入图片描述

浮点型家族：

在这里插入图片描述

构造类型：（自定义类型）

在这里插入图片描述
指针类型：

空类型：

void 表示空类型（无类型）
通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。

2. 整型在内存中的存储

我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。

那接下来我们谈谈数据在开辟内存中到底是如何存储的？

比如：

int a = 20;
int b = -10;

我们知道为a 分配四个字节的空间。
那如何存储？

下来了解下面的概念：

2.1 原码、反码、补码

在这里插入图片描述

对于整型来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
为什么呢？

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；
同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

//举个例子：
int a = 1;
int b = 1;
int c = a - b;
//1-1
//因为CPU只有加法器，所以可以这样转换。
//1+(-1)
//如果用原码计算的话，
//00000000000000000000000000000001-1
//10000000000000000000000000000001-（-1）
//10000000000000000000000000000010-（-2）
//得到了-2，这样是错误的，用反码的话实在麻烦，所以用补码很方便。

补码转成原码有两种方式：

先进行按位取反，再+1便可得到原码
先进行-1，再按位取反便可得到原码

我们看看在内存中的存储：
在这里插入图片描述
我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。
这又是为什么呢？
往下看！！！

2.2 大小端介绍

在这里插入图片描述

例如：

一个16bit的short型x，在内存中的地址位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都为小端模式。有些ARM处理器还可以有硬件来选择是大端模式还是小端模式。

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。

思路：以1为例，在大端模式下，01在高地址处，在小端模式下，01在低地址处。所以我们判断低地址处的数是否为01，则可以判断大端字节序和小端字节序。

#include<stdio.h>
int check_sys()
{
	int i = 1;
	return (*(char*)&i);
	//将i的地址强制类型转为char*，再进行解引用得到1个字节内容
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

2.3 练习

进行一些练习来巩固知识。

//输出什么？
#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;
}

在这里插入图片描述

以上最后的二进制序列是补码，需要转换成原码即是答案！

#include<stdio.h>
{
	char a = -128;
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}
//10000000 00000000 00000000 10000000-原码
//11111111 11111111 11111111 01111111-反码
//11111111 11111111 11111111 10000000-补码
//10000000-char a
//00000000 00000000 00000000 10000000-整型提升（%u是十进制的无符号数）。
//11111111 11111111 11111111 10000000-原码

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
int main()
{
	char a = 128;
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}
//00000000 00000000 00000000 10000000-原码
//01111111 11111111 11111111 01111111-反码
//01111111 11111111 11111111 10000000-补码
//10000000-char a
//和上一道题目一样。

这个图就是解释上面两个题的规律，无符号的char取值范围是0-255
在这里插入图片描述

int i = -20;
unsigned int j = 10;
printf("%d\n", i + j);
//i:
//10000000 00000000 00000000 00010100-原码
//11111111 11111111 11111111 11101011-反码
//11111111 11111111 11111111 11101100-补码
//j
//00000000 00000000 00000000 00001010-原码（反码、补码）
//相加后，在进行格式化为有符号的整数
//11111111 11111111 11111111 11110110
//10000000 00000000 00000000 00001010-原码
//答案是-10

unsigned int i;
for (i = 9; i >= 0; i--)
{
	printf("%u\n", i);
}
//首先i是无符号的整数；
//然后进行一个循环，打印无符号的数
//既然i是无符号的数，那么i会一直大于等于0，结果就是死循环。

int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1-i;
	}
	printf("%d",strlen(a));
	return 0;
}
//这个程序存放从-1开始递减的数
//char是有符号的，那么取值范围是-128-127。strlen是遇到\0就停止，0就代表了\0，循环的时候，-1，-2，……，-128，127，……，1，0，此时strlen遇到\0就停止了，所以长度为255。

#include<stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}
//首先无符号的char类型取值范围是0-255，所以当再一次+1时，就会从头开始
//11111111-255
//100000000-加一后，舍去前面的数
//00000000-0
//结果就是死循环

练习做完了之后，相信对整型在内存中的存储有了很深刻的印象，那么接下来讲浮点型在内存中的存储！

3. 浮点型在内存中的存储

常见的浮点数：

3.14159
1E10，代表1*10^10
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。（查看整型的范围的话，寻找limits.h文件）

我们打开everything软件，搜索float.h，找到一个float.h文件并且打开。

3.1 一个例子

浮点数存储的例子：

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;
}