C语言 深度剖析数据在内存中的存储(2)

news2025/1/11 10:51:53
本次博客是继上次博客,继续向下剖析数据在内存当中的存储。

练习

浮点型在内存中的存储

练习

代码1:

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;
}
1.在本题中首先我们要知道的是%d打印的是有符号数据
2.char和signed char是等价的,也就是说,char和signed char都属于有符号数据,所以在这里我们打印 的a和b就是-1。
3.unsigned char c则不同,无符号数应该用%u来打印,但是本题我们是使用%d打印的,结果会是怎样的呢?请看下图:

代码2:

int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}
1.本题char是一个有符号数,但是以%u打印,是无符号数。

代码3:

int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}
1.这里的一个知识点,首先我们应该知道char类型的范围-128~127
2.在上图中我们发现char的类型不能够存储128,char类型只存到127后就变成了-128。所以说这里char类型存储的是-128。
3.结果同代码2,原理是一样的。

代码4:

int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
   {
        a[i] = -1-i;
   }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0;
}
1.char类型存储数据范围-128~127
2.strlen计算字符串长度遇到\0停止

代码5:

unsigned char i = 0;
int main()
{
    for(i = 0;i<=255;i++)
   {
        printf("hello world\n");
   }
    return 0;
}
本题相比较来说很好解释,unsigned char类型的范围是0~255,而我们循环中,i的范围就是小于255,所以本题答案是死循环打印hello world。

代码6:

int main()
{
    unsigned int i;
    for (i = 9; i >= 0; i--)
    {
        printf("%u\n", i);
    }
}

本题先给大家看运行结果:

1.无符号数我们应该区别于有符号数,无符号数最高位不代表符号位,而是数值位,所以一个无符号整型,它无论如何-1,即使直到是负数,它的结果依然是一个正数,计算机存储和我们人的思维是不同的,即使最后减减变成-1了,但是1这个符号位依然会被计算机认作数值位,所以无符号数永远都是正数,所以循环判断条件永远成立,才会出现上图现象。

思考:如果输出位置将%u变为%d结果会是如何的呢?代码如下:

int main()
{
    unsigned int i;
    for (i = 9; i >= 0; i--)
    {
        printf("%d\n", i);
    }
}

运行结果如下:

这里还是一样,综合上面形式来讲,就是一个什么类型的数据和解读方式并不冲突。

像本题的两个例子,我们unsigned char类型范围就是0~255,但是以%u和%d解读打印出来结果就各不相同,但是i的值符合unsigned char类型的范围,就是这样的一个道理。

如何存浮点型数据?

整型家族类型取值范围:#include <limits.h>

浮点型家族类型取值范围:#include <float.h>

浮点数在内存中存储和整型是有很大区别的。

二进制浮点数表示:

(-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。

例:

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。

float 32位浮点型存储形式:

double 64位浮点型存储形式:

对有效数字M:

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,这样提高了数据的精度。

float为单精度浮点数,double为双精度浮点数。这里的单和双,指的不是double的精度是float精度的2倍,指的是double的精度比float的精度更高。

对于指数E:

首先对于指数E来讲,它必须是一个无符号数,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,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。

如何取浮点型数据?

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(1/2)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。

同理E全为1和E全为0只差1-1023部分。

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