C语言初阶 --- 数据在内存中的存储

news2024/9/24 9:18:59

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C语言初阶 --- 内存函数

C语言入门 --- 分支循环

C语言初阶 --- 指针类型

1. 整数在内存中的存储

2. ⼤⼩端字节序和字节序判断

2.1 什么是⼤⼩端

2.2 为什么有⼤⼩端

3. 浮点数在内存中的存储

3.1 浮点数的存储

3.2 浮点数存的过程

3.3 浮点数取的过程

1. 整数在内存中的存储

整数的2进制表⽰⽅法有三种，即 原码、反码和补码。

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。

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。

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。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

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。

2. ⼤⼩端字节序和字节序判断

当我们了解了整数在内存中存储后，我们调试看⼀个细节：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 0x11223344;
	return 0;
}

调试的时候，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。

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，下⾯是具体的概念：

⼤端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的⾼地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的低地址处

⼩端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的⾼地址处

2.2 为什么有⼤⼩端

在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着⼀个字节，⼀个字节为8bit 位。

但是在C语⾔中除了 8 bit 的 char类型 之外，还有 16 bit 的 short 型，32 bit 的 long 型（要看具体的编译器），另外，对于位数⼤于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度⼤于⼀个字节，那么必然存在着⼀个如何将多个字节安排的问题。

因此就导致了⼤端存储模式和⼩端存储模式。

百度曾经出过一道笔试题：

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。

简易代码如下👇：

3. 浮点数在内存中的存储

常⻅的浮点数：3.14159、1E10 (1*10的10次方) 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

#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;
}

上⾯的代码中，num 和 *pFloat 在内存中明明是同⼀个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么⼤？

要理解这个结果，⼀定要搞懂浮点数在计算机内部的表⽰⽅法。

根据国际标准IEEE 754，任意⼀个⼆进制浮点数V可以表⽰成下⾯的形式：