【进阶】数据在内存中的存储

news2024/10/5 13:56:26

目录

一、数据类型介绍

        1、基本的内置类型

        2、类型的基本归类

二、整型在内存中的存储

        1、原码、反码、补码

        2、大小端介绍

        3、大端小端的经典例题

三、浮点数在内存中的存储

        1、浮点数存储规则

        2、浮点数存储例题


一、数据类型介绍

1、基本的内置类型

char             //字符数据类型
short            //短整型
int              //整型
long             //长整型
long long        //更长的整型
float            //单进度浮点型
double           //双精度浮点型

类型的意义:

1、使用这个类型开辟内存空间的大小(大小决定了其使用范围)

2、看待内存空间的视角

2、类型的基本归类

整型家族:

char
    unsigned char
    signed char

char属于整型并不奇怪,因为字符在存储的时候在内存存储的是ASCII值,ASCII是整数,所以在归类的时候,字符就属于整型家族。

short
    unsigned short (int)   //后面带括号的可省略
    signed short (int)
int
    unsigned int
    signed int
long
    unsigned long (int)
    signed long (int)
long long
    unsigned long long (int)
    signed long long (int)

其实不管是long long / long /short / int + 变量都等价于signed long long/ long/short/int + 变量,但char到底是signed char还是unsigned char完全取决于编译器,在VS上char是有符号的

浮点数家族 :

float
double

构造类型(又称自定义类型):

数组类型  int[]、char[]...
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union

指针类型:

int *p;
char *p;
float* p;
void* p;  //无具体类型的指针

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

二、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。

那么数据在所开辟的空间中到底是如何存储的?

比如说

int a = 20

int b = -10

我们知道int需要开辟4个字节的空间,那么这四个字节的空间到底该如何使用呢?要知道这些首先必须知道下面的概念

1、原码、反码、补码

计算机中的整数有三种2进制表示方法,即原码、反码和补码。
三种表示方法均有符号位数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,1表示“负”
正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。

原码:直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。
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

这些在往期都已经说过了

我们再回头讨论整型在所开辟的空间中到底是如何存储的?

对于整形来说:数据在内存中存储的是二进制序列的补码

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 20;
	//整数的原码、反码、补码相同
	//原码:00000000 00000000 00000000 00010100
	//反码:00000000 00000000 00000000 00010100
	//补码:00000000 00000000 00000000 00010100
	
    int b = -10;
	//原码:10000000 00000000 00000000 00001010
	//反码:11111111 11111111 11111111 11110101 //符号位不变,其他位取反
	//补码:11111111 11111111 11111111 11110110 //反码+1

	return 0;
}

现在我们可以先在VS中按下F10调试

 接下来在分别查看a的内存和b的内存

 

发现它们是十六进制数存储的,这是因为如果是二进制的话,显得过于太长了,

接下来分别写出a和b的十六进制,我们发现它们是倒着存放的(后面会解释)

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 20;
	//整数的原码、反码、补码相同
	//原码:00000000 00000000 00000000 00010100
	//反码:00000000 00000000 00000000 00010100
	//补码:00000000 00000000 00000000 00010100
    //十六进制:00     00        00       14
	
    int b = -10;
	//原码:10000000 00000000 00000000 00001010
	//反码:11111111 11111111 11111111 11110101 //符号位不变,其他位取反
	//补码:11111111 11111111 11111111 11110110 //反码+1
    //十六进制:ff     ff        ff       f6
	return 0;
}

但是为什么整型内存中存的是补码,而不是反码和原码?

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

这里可以举个例子帮助大家理解

假设我要计算1-1,由于CPU只有加法器,所以只能转化为1+(-1),如果整型在内存中存储的是原码的话:

1的原码:00000000 00000000 00000000 00000001

-1的原码:10000000 00000000 00000000 00000001

它们相加后:10000000 00000000 00000000 00000010

转化成十进制是-2,在我们的认知里,1+(-1)怎么可能是-2

既然整型内存中存储的是补码,那我们就来试试看

1的反码:00000000 00000000 00000000 00000001

-1的反码:11111111 11111111 11111111 11111111

相加后:1 00000000 00000000 00000000 00000000

计算如上,我们发现最高位上多了一个1(加粗部分),但是最后这个1发生截断,这是因为int是4个字节,也就是32位比特位,多出来的部分自然而然就截断了。

2、大小端介绍

这里就会为大家解释,为什么数据在内存中是逆序存储的。

首先先为大家介绍它们的概念:

大端:又称大端字节序存储,是指数据的低位保存在内存的高地址中,而数据的高位,保存在内存的低地址中。

小端:又称小端字节序存储,是指数据的低位保存在内存的低地址中,而数据的高位,保存在内存的高地址中。

文字有点干巴,我画图来帮助大家理解

假设有一个数据0x 00 11 22 33 44,怎么知道数据的低位和高位呢?举个例子123,个位数的3就是低位,1就是高位,在上面的数据中,44就是低位,00就是高位

小端:

大端:

3、大端小端的经典例题:

如何设计一个程序去判断当前的系统是大端还是小端呢?(请用编程实现)

思路:这里我们只要拿1就非常好判断,因为1的十六进制为0x00 00 00 01,在小端的存储模式是0x 01 00 00 00,大端则是0x00 00 00 01,所以只需要判断第一个字节即可,是1就是小端,是0就是大端

【代码实现】

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;
	if (*p == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

程序结果: 

 由此可以发现,x86环境下是小端模式

 三、浮点数在内存中的存储

1、浮点数存储规则

整型和浮点数在内存中的存储是截然不同的!

浮点数在计算机内部的表示方法:

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:(-1)^S * M * 2^E
•(-1)^S表示符号位,当S=0,V为正数;当S=1,V为负数。
•M表示有效数字,大于等于1,小于2。
•2^E表示指数位。

 举个例子来说

十进制的5.0,写成二进制是101.0,就相当1.01×2²。

那么,按照上面的格式,就可以得出S=0,M=1.01,E=2。

有了S、M、E,那浮点数在内存中又怎么表示呢?

IEEE 754规定:
对于32位的浮点数,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

 对于64位的浮点数,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

 

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。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,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

然后,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
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*2^(-1),其阶码为-1+127=126,表示为01111110,而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位00000000000000000000000,则其二进制表示形式为:00111111000000000000000000000000

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。

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)

2、浮点数存储例题

这里我画图为大家解释

 

总结

本章节主要讲了整型和浮点数在内存的存储,以及大小端。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/168833.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

非标设备制造业项目管理软件如何帮助企业做好项目报价管理?

非标设备制造企业&#xff0c;由于需求的不确定性、方案的多样性、交期的紧迫性、以及批量小&#xff08;很多需要先做单台样机&#xff09;等特性&#xff0c;导致非标设备要在有限时间内做到准确报价存在一定的困难&#xff0c;这也是众多非标设备制造企业亟待解决的问题。报…

MySQL Shell 逻辑备份恢复API

MySQL8.0开始提供的MySQL Shell功能&#xff0c;是DBA推向了另一个高度&#xff0c;除SQL外&#xff0c;正式踏入Cloud数据库服务 和 shell操作数据库领域&#xff08;MGR是一个代表点&#xff09;。 日常DBA工作可以通过MySQL Shell更容易实现。因为MySQL Shell处理用JavaScr…

3、Ubuntu20Server安装远程连接

Ubuntu20Server安装 安装虚拟机virtualbox VMware Workstation Pro 下载Ubuntu安装光驱Get Ubuntu | Download | Ubuntu 都下载完毕准备安装驱动 配置信息 这里用的是Ubuntu Server 一路Done或回车过三关斩六将来到这里 安装到这里,需要修改镜像站点地址,修改为国内的163网易…

Linux文件系统及磁盘命名

✅作者简介&#xff1a;热爱国学的Java后端开发者&#xff0c;修心和技术同步精进。 &#x1f34e;个人主页&#xff1a;Java Fans的博客 &#x1f34a;个人信条&#xff1a;不迁怒&#xff0c;不贰过。小知识&#xff0c;大智慧。 &#x1f49e;当前专栏&#xff1a;Java案例分…

Golang 调整视频fps和分辨率 | Golang工具

目录 前言 环境依赖 代码 总结 前言 本文提供将视频修改fps和分辨率的工具方法&#xff0c;一如既往的实用主义。 主要也是学习一下golang使用ffmpeg工具的方式。 环境依赖 ffmpeg环境安装&#xff0c;可以参考我的另一篇文章&#xff1a;windows ffmpeg安装部署_阿良的博…

Vector - VT System - 模拟IO板卡_VT2816

前面介绍了模拟量的输入板卡VT2004&#xff0c;今天我们介绍的这个板卡依然是模拟量的输入&#xff0c;具体使用场景可能要我们根据实际的使用场景去进行选择。VT2004更偏向于激励&#xff0c;而VT2816更偏向于通用模拟量的IO使用&#xff0c;下面我们从功能、参数、硬件结构等…

SpringBoot接入JaCoCo实践代码覆盖率

这里写自定义目录标题参考概述接入静态接入和动态接入参考 SpringBoot接入JaCoCo实践 概述 JaCoCo是面向Java的开源代码覆盖率工具&#xff0c;JaCoCo以Java代理模式运行&#xff0c;它负责在运行测试时检测字节码。 JaCoCo会深入研究每个指令&#xff0c;并显示每个测试过程…

【uniapp】关于webview组件无法自定义宽高问题解决

最近做的项目中&#xff0c;在h5环境运行上遇到关于webview组件无法自定义宽高问题&#xff0c;要怎么弄才好呢&#xff0c;其实没那么难&#xff0c;很简单的&#xff0c;现在将解决方法讲一下。 使用例子 默认是全屏加载的&#xff0c;现在需要内嵌一个webview组件放在限定…

10款最佳在线地图软件介绍

有人说&#xff1a;一个人从1岁活到80岁很平凡&#xff0c;但如果从80岁倒着活&#xff0c;那么一半以上的人都可能不凡。 生活没有捷径&#xff0c;我们踩过的坑都成为了生活的经验&#xff0c;这些经验越早知道&#xff0c;你要走的弯路就会越少。 在线地图有无数的用途&…

3D模型轻量化处理教程【Blender】

在本文中&#xff0c;我们将介绍三种在 Blender 中网格轻量化的方法&#xff0c;并以一些提示和技巧作为结尾&#xff0c;供你在处理网格和对象时使用。 1、网格轻量化概述 无论你是想创建简单还是复杂的 3D 设计&#xff0c;Blender 都是拟工具箱中的一个很棒的程序。 它是…

Nessus 高级扫描

系列文章 Nessus介绍与安装 Nessus Host Discovery Nessus高级扫描 1.启动nessus cd nessus sh qd_nessus.sh2.进入nessus网站&#xff0c;点击【new Scan】 https://kaliip:8834/3.选择【adVanced Scan】 4.输入Name【高级扫描】&#xff0c;Description【高级扫描】&…

深度学习基础——填充(padding)与步幅(stride)

填充&#xff08;padding&#xff09; 在上图中&#xff0c;输入图片尺寸为333\times333&#xff0c;输出图片尺寸为222\times222&#xff0c;经过一次卷积之后&#xff0c;图片尺寸为222\times222&#xff0c;经过一次卷积之后&#xff0c;图片尺寸变小。卷积输出特征图的尺寸…

SQLServer 2016 备份

1、下载并安装SQLServer2016服务器端&#xff0c; 下载地址&#xff1a;https://www.microsoft.com/zh-cn/evalcenter/download-sql-server-2016 2、下载并安装SSMS管理工具&#xff0c; 下载地址&#xff1a;https://download.microsoft.com/download/8/a/8/8a8073d2-2e00-…

渗透学习-CTF篇-web-BUUCTF

文章目录前言一、[WesternCTF2018]shrine前言 随着学习的不断深入&#xff0c;为了防止自己忘记之前所学的内容&#xff0c;于是我决定再不断的向下学习的同时做一些ctf的题来唤醒自己的记忆&#xff01;&#xff01; 一、[WesternCTF2018]shrine 这一关主要是SSTI的内容&…

Docker安装部署sql审计平台Archery1.9.1版本

安装dockercurl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh | sudo sh安装docker composesudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/1.24.1/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose sudo chmod x…

chrono_Time_point (三)

chrono_time_point (三&#xff09; 文章目录chrono_time_point (三&#xff09;模板参数源码解析构造函数&#xff1a;成员函数time_since_epoch()例子timepoint提供的操作timepoint的溢出C和POSIX提供的Date/Time函数演示案例&#xff08;timepoint和日历时间的转换&#xff…

SpringMVC | 使用Xml或注解进行开发

一、Spring MVC简介Spring MVC&#xff08;全称 Spring Web MVC&#xff09;是 Spring 框架提供的一款基于 MVC 模式的轻量级 Web 开发框架。MVC架构&#xff08;1&#xff09;示意图&#xff08;2&#xff09;各层职责Model&#xff1a;负责对请求进行处理&#xff0c;并将结果…

计算机SCI论文怎么发表?有哪些建议? - 易智编译EaseEditing

一般论文的水平是这样&#xff1a;普刊&#xff1c;核心&#xff1c;SCI。 不同的专业都可以发SCI&#xff0c;只是影响因子高低不用而已&#xff0c;有的领域分值高&#xff0c;有的偏低。 就是说不同领域SCI期刊&#xff0c;影响因子一样&#xff0c;但水平是一样的。 怎样…

三、元素操作

1、切片和索引 ndarray对象的内容可以通过索引或切片来访问和修改&#xff0c;与Python中list的切片操作一样 ndarray数组可以基于0-n的下标进行索引&#xff0c;切片对象可以通过内置的slice函数&#xff0c;并设置start&#xff0c;stop及step参数进行&#xff0c;从原数组…

【Java寒假打卡】Java基础-反射

【Java寒假打卡】Java基础-反射概述获取Class对象的三种方式反射-获取Constructor对象利用Constructor数组创建对象获取Field对象反射获取成员变量并且使用反射获取成员对象反射获取成员对象并运行概述 Java反射机制&#xff1a;是在运行状态中&#xff0c;对于任意一个类&…