鹏哥C语言复习——数据存储

版本差异：

数据类型：

进制表示：

大小端储存：

数据运算：

浮点型在内存中的存储：

版本差异：

debug和release的区别：

在栈区开辟地址一般是先从高地址开辟
debug创建数组和单个变量后，变量地址放在数组后，即变量地址高于数组地址（先创建变量再创建数组）这种情况下可能会导致死循环（2photos）

Release创建数组和单个变量后，变量地址放在数组前，及变量地址低于数组地址（自动进行了代码优化）

以上代码在vscode中进行的

Debug通常为调试版本，包含调试信息，并且不做任何优化，便于程序员调试程序

Release称为发布版本，它往往是进行了各种优化，使得程序在代码大小和运行速度上都是最优的，以便用户很好地使用

数据类型：

数据类型详细介绍：

Char1 short2 int4 long4/8（32位平台下和64位平台下的区别）

Long long8（c99） float4 double8

Char在整型家族里，字符的本质是ASCII码值，是整型，所以划分到整型家族

Int a; ----> signed int a;

Unsigned int a; ----> unsigned int a;

Short、long、long long同

Single char 是哪一个标准未定义，是由编译器决定的

符号位是0表示正数，1表示负数

Float的精度低，存储的数据范围较小；double的精度高，存储的数据范围大

Void* 万能指针类型，在指针复习该文中讲解过

Void test(void)

//第一个void表示函数不会有返回值

//第二个void表示函数不需要传任何参数

进制表示：

假设我要表示在10进制下为21的数据

二进制：0b10101

八进制：025

十六进制：0x15

十进制：1*1+10*2 =21

整数的二进制表示有三种表示形式：

正的整数，原码、补码、反码相同

负的需要通过计算

原码：直接通过正负的形式写出的二进制序列就是原码

反码：原码的符号位不变，其他位按位取反

补码：反码+1就是补码

更多原码、反码与补码讲解：操作符讲解

计算机储存的是补码

原因：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

进制位计算：

一个16进制位是4个2进制位，因为 2 ^ 4 = 16

大小端储存：

计算机是以字节为单位存入，最后计算机只保留了两种存储形式，假设一个数据地址为0x11 22 33 44 则存入为11 22 33 44 或者44 33 22 11（都是指从低地址到高地址）

11 22 33 44：大端字节序存储，把一个数据的高位字节序的内容存放在低地址处，把低位字节序内容放在高地址处，就是大端字节序存储

44 33 22 11：小段字节序存储，与11 22 33 44 的存储方式相反

巧计：大的数值放高位（高地址）即为大端字节序存储，小的数值放高位（高地址）即为小端字节序存储

数据大小含义

例如int i = 20

i的16进制表示方式即为0x 00 00 00 14，其中14为最大字节序，即使该处代表的是16^0和16^1，但是0永远要比这一字节序小，因此14为最大字节序。同时这两者是连在一起存入的，顺序不会颠倒，因为小端大端的存入都是以字节序的方式。

但上述储存是包含大量0的情况，当每一位上都不是0，最小依旧是16^0和16^1所在字节序，但最大对有符号的应该就是符号位所在序列，无符号的就是2^32的所在序列（可以把16进制位转换成2进制位来思考）

注：一个字节序代表一个字节/八个比特的存储序列

那么小端存储的含义即为i是以14 00 00 00存入的，大端存储的含义即为i是以00 00 00 14存入的

小端大端的存储只针对于2字节及以上的数据类型

大端小端究竟怎么存储是由硬件决定的

为什么有大端小端？
数据存储会有顺序问题，为了解决顺序问题使用了大小端存储的这种方式。

代码解决大小端判断问题

请见本文联合体讲解板块：结构体讲解

数据运算：

例1.下述代码输出结果是什么？

char a = -1;

signed char b = -1;

unsigned char c = -1;

printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);

在继续讲解前，我们首先需要知道字符型数据的取值范围

Signed char最高位是符号位

0表示正数，1表示负数；原码到反码，符号位不变

因此如果计算机中储存的补码是11111111，那么原码为10000001，即-1；同理存储的补码为10000001，那么原码为11111111，即-127；正数补码原码相同，存储的补码为01111111，结果为127

10000000由于不满足上述计算方法，因此计算机直接将他默认为-128，因此char的取值范围为 -128 ~ 127

无符号的最高位存放数据，代表2^7，因此无符号char的取值范围为0 ~ 255

-1的补码为11111111111111111111111111111111

char类型放不下，因此就进行截断。截断是从低位拿到高位（无论大小段存储），因此把最后8位11111111存入；进行%d打印时，会进行整型提升csdn表达式求值板块，补符号位数字，即1，结果即为补码形式的11111111111111111111111111111111，打印的是原码，即1000000000000000000000000000001，即-1

补码 ---> 原码取反+1 原码 ---> 补码取反+1

不是说原码到补码是取反+1，补码到原码就是 -1取反

因此，a和b打印出来均为-1

由于无符号类型整型提升时没有符号位，因此直接补0，故c的补码为00000000000000000000000011111111（对于-1的截断上文已经提过），正数原码、补码相同，打印结果为255

注：数据截断发生在存入过程中，使用时在进行整型提升

例2.下述代码打印结果是？

signed char d = -128;

printf(“%u”, d);

%u --- 打印无符号整数

10000000 00000000 00000000 10000000 --- -128的原码

11111111 11111111 11111111 01111111 --- -128的反码

11111111 11111111 11111111 10000000 +1即为+00000000 00000000 00000000 00000001

上文中的加1即为+00000000 00000000 00000000 00000001（加法的详细介绍在本文表达式求值板块：操作符讲解

相减即为逆向计算

例如11111111 11111111 11111111 10000000 - 1即为+（-1）

结果为11111111 11111111 11111111 01111111

-1的补码为 11111111 11111111 11111111 11111111

11111111 11111111 11111111 10000000 - 11111111 11111111 11111111 11111111

即为 1111111 11111111 11111111 10000000 + 1111111 11111111 11111111 11111111

最后8位，最后算出来为21111111，逢2进1，留下了01111111；前面不断逢2进1，因此先是全部变成0，但由于-1的补码中还有1没有加上去，因此最后结果为

11111111 11111111 11111111 01111111

数据2进制加减规则详细介绍：定点数的运算 —— 原码、补码的加减法运算

文章补充：数据加减运算是通过补码来进行的

10000000（signed char为有符号字符型）--- 截断

11111111 11111111 11111111 10000000 --- 整型提升

打印时打的是无符号字整数，因此计算机将11111111 11111111 11111111 10000000直接看作一个最高位为1的正数打印，补码原码相同

例3.下面代码的打印结果是？

unsigned int i;

for (i = 9; i >= 0; i--);

{

    printf("%u", i);

}

先打印9 8 7 6 5 4 3 2 1 0，然后理应上是-1，但由于是无符号整型，所以结果为下

10000000 00000000 00000000 00000001 ---原码

11111111 11111111 11111111 11111110 ---反码

11111111 11111111 11111111 11111111 ---补码

无符号即是直接打印11111111 11111111 11111111 11111111，该数据-1为11111111 11111111 11111111 11111110还是大于0，一直大于等于0，会死循环

最终打印结果：

例4.下述代码的打印结果为？

char a[1000];

int i;

for (i = 0; i < 1000; i++)

{

    a[i] = -1 - i; //-1 -2 -3 -4 …… -999 -1000

}

printf("%d", strlen(a));

//strlen( )函数是求字符串的长度，关注的是字符串中’\0’（数字0，因为在计算机中，\0的ascII值为0）之前出现了多少个字符（即1字节的数据）

对于char这一类型，取值范围为-128~127（上文已经讲解过）

因此对于比 -129 更小的整型数据，是直接换成127，原因如下：

先从00000000开始，每+1，加到最大值，即127，即01111111，再+1，会变成10000000，上文已经说过，这个结果为-128，因此继续+1，即10000001，这是补码，换成原码结果为11111111，即-127，以此类推，最后一个数据为11111111（补码），即10000001（原码），即是-1

理解了上述过程，-1就是进行了逆向计算

因此到0的时候，总共有127+128 = 255 个字符（1字节数据）

1.-129如何变成127的呢？

-129为整型数据，在内存存放为10000000000000000000000010000001

取反+1

原码为 11111111111111111111111101111111

而这个数据如果要放进char类型中，进行截断，只留下了01111111，即127

2. 无符号字符型数据255如何加1变成0的呢？

255为无符号字符型数据的最大取值范围，补码为11111111，+1（00000000 00000000 00000000 00000001）以后，先是进行算数转换，就是00000000 00000000 00000000 11111111 + 00000000 00000000 00000000 00000001，再根据逢2进1的规则，最后补码留下了00000000 00000000 00000001 00000000，然后因为i + 1以后，还存放在i当中，即使i在给i赋值时根据算术转换原则依然是00000000 00000000 00000001 00000000，但i的类型依旧为无符号字符型变量，进行了强制类型转换，因此截断留下00000000，即是0.

浮点型在内存中的存储：

浮点数具体就是指小数点可以浮动的数值

整型数据表示的范围：limits.h中定义

浮点数表示的范围：float.h中定义

那为什么平时我们定义变量不需要引用这两个头文件呢？因为平时给变量初始化时，我们都是自己赋给它值，而这俩头文件里包含的数据都是整型数据最大值等等极限数值，因此平时使用不多

上面两图说明了整型数据和浮点型数据存储方式是不一样的

根据国际标准IEEE754，任意一个二进制浮点数都可以写成下述形式

V = (-1) ^ S * M * 2 ^ E

(-1)^S 表示符号位，S为0，V为正数，S为-1，V为负数,最后结果需要表示成科学计数法的形式

V = 5.0f ---> 101.0（5.0二进制表述形式）---> 1.01 * 2^2 ---> (-1)^0 * 1.01 * 2^2

即S=0，M=1.01，E=2

上例中为什么是2^2而不是10^2呢？

因为上述的101.0是二进制表达，因此是2^2；如果是5.0，那么才可以写成0.5 * 10^1

小数点后的位，权重是从2^(-1) 开始算，往后延申几位，负值减少几位

因此9.5的表示形式为 1001.1 (小数点前的是2^0 + 2^3 = 9 ；小数点后的是2^(-1) = 0.5

但是对于 9.6 这样的数据，2^(-1)为0.5，2^(-2)为0.25，2^(-3)为0.125，以此类推，最后就需要开辟非常非常多的0来满足0.1的需要

两张不同精度的浮点数

32位：

64位：

1≤M＜2，也就是说，M可以写成1.xxxxxxx地形式，其中xxxxxxx表示小数部分。

IEEE754 规定，在计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以舍去，只保留后面的小数部分；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 ---> 浮点数精度提升了

E为无符号整数，32位浮点数取值范围为0~255，64位浮点数取值范围为0~2047.但是，E是可以出现负数的

例如下图