数据在内存中存储的现象

news2024/10/7 4:36:37

🤩本文作者:大家好,我是paper jie,感谢你阅读本文,欢迎一建三连哦。

🥰内容专栏:这里是《C知识系统分享》专栏,笔者用重金(时间和精力)打造,基础知识一网打尽,希望可以帮到读者们哦。

🥴内容分享:本期会对C语言中的数据存储进行具体讲解,各位看官姥爷快搬好小板凳坐好叭。

😘:不要998,只要一键三连,三连买不了吃亏,买不了上当(写作不易,拜托拜托)。


目录

🎃本章介绍重点

🎀数据类型的介绍

🎑类型的基本归类

🏆整型在内存中的存储

🏀原码,反码,补码

⚾大小端介绍

🏓浮点数在内存中的存储

🪅有一个例子

🥌浮点数存储规则

🎯解析前面的题目

 🎱分析代码

🎰总结


🎃本章介绍重点

1. 数据类型的详细介绍

2. 整型在内存中的存储:原码,反码,补码

3. 大小端字节序介绍及判断

4. 浮点型在内存中的存储解析

🎀数据类型的介绍

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        //单精度浮点型
double       //双精度浮点型

类型的意义:

使用这个类型开辟的内存空间的大小(大小决定了使用范围)

如何看待内存空间的视角

🎑类型的基本归类

整型家族:

 注意:因为字符存储的时候,存的是ASCII码值,是整型,所以归类为整型家族

浮点数家族:

 构造类型(自定义类型):

 指针类型:

 空类型:

void表示空类型(无类型)

通常用于函数的返回类型,函数的参数,指针类型。

🏆整型在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的,空间的大小是由不同的类型决定的。接下来我们谈谈数据在内存中开辟后是如何存储的?

比如 int a = 10;我们知道a分配到了4个字节的空间。但它是如何在内存中存储的呢?

下面我们来了解一下原码反码补码的概念:

🏀原码,反码,补码

计算机中有三种2进制的表现形式:原码,反码,补码。

三种表示方法都有符号位和数值位,首位为符号位,后面的都是数值位。符号位都是用0表示正数,1表示负数。

正数的原码反码补码都相同,但负数的原码反码补码都不相同

负数的原码反码补码计算方式:

原码: 直接按照正负数的形式翻译成二进制位就是原码

反码:符号位不变,原码的其他位取反

补码:反码加一

对于整型来说:数据存放内存中其实是存放的补码。为什么呢?

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)补码和原码相互转换,其运算过程是相同的,不需要额外的硬件电路。

这里给大家举例分析加深印象:

正数:

 负数:

 我们可以发现变量在内存中存储的是补码,但是顺序又不对。

 这是为什么呢?

⚾大小端介绍

什么是大小端:

大端模式:数据的低位保存在内存的高地址位,数据的高位保存在内存的低地址位

小端模式:数据的低位保存在内存的低地址位,数据的高位保存在内存的高地址位

为什么有大小端:

为什么会有大小端模式之分呢?这是因为在计算机系统中,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 8 bit 。但是在 C 语言中除了 8 bit char 之外,还有 16 bit short
型, 32 bit 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。
例如:一个 16bit short x ,在内存中的地址为 0x0010 x 的值为 0x1122 ,那么 0x11
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
为大端模式。很多的 ARM DSP 都为小端模式。有些 ARM 处理器还可以由硬件来选择是大端模式
还是小端模式。

下面有一道百度的笔试题,是设计一个小程序来判断机器的字节序,我们一起来看看吧

我们设计是思路是用指针取出a的第一个地址,在用char解引用取出第一个字节地址里的内容和a的低位比较看是不是相等,是则小端,反之大端。 

🏓浮点数在内存中的存储

常见的浮点数有两种:3.14159  1E10, 浮点数家族包括:float,double, long doudle类型。浮点数表示的范围:float.h中有定义

🪅有一个例子

这是一个有关浮点数和整数存储的例子,大家可以猜猜答案是多少?

#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;
}

我想,应该有很多人会认为:

n的值为:9   

*pFloat的值为: 9.000000   

num的值为: 9

*pFfloat的值为:9.000000

让我们运行看看是不是这些答案叭!

 咦,我们发现这些答案和我们猜的有极大的区别,这是为什么呢?我们缓一下,先来了解下面的知识,再回过头来看这个例子叭。

🥌浮点数存储规则

num *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。
详细解读:
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。
举例来说:
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

画图举例:

 IEEE 754中规定:

对于32位的浮点数,最高位的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M

对于64位的浮点数,最高位的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。
IEEE 754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
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( unsigned int
这意味着,如果 E 8 位,它的取值范围为 0~255 ;如果 E 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 E 10 ,所以保存成 32 位浮点数时,必须保存成 10+127=137 ,即 10001001。
画图举例:
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 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 23 00000000000000000000000 ,则其存入的二进制表示形式为: 
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

🎯解析前面的题目

为什么9变成浮点数就成了0.000000

首先,9的2进制是00000000000000000000000000001001,因为n是整数,将n强制类型转化给*pfloat,就相当于整数n的二进制被当做了浮点数在内存中的储存方法。我们将它拆分,得到s=0,E=00000000,M=00000000000000000001001。因为E全为0,所以当我们用科学计数法将它取出来就是 (-1)^0 * 0.00000000000000000001001*2^(-127). 我们可以发现它是一个无限接近小数的数,所以%f打印出来就是带有6位小数的0.000000

为什么n的值打印后是一个特别大的数

首先浮点数9.0的二进制是1001.0, 科学计数法为:(-1)^0*1.001*2^3,    s=0  M=1.001 E=3

所以在9.0内存中存储就是:0 0000010 00100000000000000000000.这时以%d打印就是把9.0在内存中储存的数据当成了补码,还原成10进制打印出来。我们用计算机算一下发现它的十进制就是17,825,792

 🎱分析代码

#include <stdio.h>

int main()
{
	int n = 9;
	//00000000000000000000000000001001
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为:%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	//s=0,E=00000000,M=00000000000000000001001
	//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001*2^(-127) = 无穷小
	*pFloat = 9.0;
	//0 0000010 00100000000000000000000
	printf("num的值为:%d\n", n);
	//%d打印就是把9.0在内存中储存的数据当成了补码,还原成10进制打印出来
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

🎰总结

到这里我们对数据存储的深挖就结束了,通过这一次想必大家对数据存储的认识又提高了一个层次。下一章我们将会对指针进行更加细致的分析。

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/609951.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

chatgpt赋能python:Python图片合成:背景设计的新方案

Python 图片合成&#xff1a;背景设计的新方案 简介 图像合成是一项艺术性和创新性的工作&#xff0c;它涉及到多个过程&#xff0c;包括图像处理、透明度和滤镜应用。Python 我们可以使用其各种库快速、可靠地进行图像合成。在这篇文章中&#xff0c;我们将介绍如何使用 Pyt…

chatgpt赋能python:Python在线模拟器:让编程变得更加轻松

Python 在线模拟器&#xff1a;让编程变得更加轻松 介绍 Python 在线模拟器是一个非常实用的工具&#xff0c;它可以帮助用户直接在浏览器中测试和运行 Python 代码。在线模拟器的出现简化了编程过程&#xff0c;不需要安装 Python IDE 等软件&#xff0c;只需要有一台连接互…

LSM零知识学习三、插桩原理实现细节(1)

本文内容参考&#xff1a; LSM(Linux Security Modules)框架原理解析_lsm框架_pwl999的博客-CSDN博客 Linux LSM(Linux Security Modules) Hook Technology_weixin_30929011的博客-CSDN博客 特此致谢&#xff01; 一、插桩具体实现 前文介绍了插桩原理&#xff0c;本文来详…

chatgpt赋能python:Python图片大小怎么算?

Python图片大小怎么算&#xff1f; 在Web开发中&#xff0c;经常需要展示图片&#xff0c;但是为了让网页加载速度更快&#xff0c;我们需要对图片进行压缩和优化&#xff0c;其中一个重要的参数就是图片的大小。那么在Python中&#xff0c;如何计算图片大小呢&#xff1f; 图…

包扫描工具实现(详解)

文章目录 前言包扫描实现思路&#xff08;需求分析&#xff09;&#xff1a; 具体实现完整代码 前言 注解在 Java 是一个非常重要的存在&#xff0c;而且它出现的非常频繁。 在一个工程下可能有许多的包或者Jar包&#xff0c;为了结合注解可以准确的定位到一个需要的类上&…

代码随想录算法训练营第四十六天|139.单词拆分

LeetCode139.单词拆分 动态规划五部曲&#xff1a; 1&#xff0c;确定dp数组以及下标的含义&#xff1a; dp[i] : 字符串长度为i的话&#xff0c;dp[i]为true&#xff0c;表示可以拆分为一个或多个在字典中出现的单词。 2&#xff0c;确定递推公式&#xff1a; 如果确定dp[j…

javascript基础二十:说说你对DOM的理解,常见的操作有哪些?

一、DOM 文档对象模型 (DOM) 是 HTML 和 XML 文档的编程接口 它提供了对文档的结构化的表述&#xff0c;并定义了一种方式可以使从程序中对该结构进行访问&#xff0c;从而改变文档的结构&#xff0c;样式和内容 任何 HTML或XML文档都可以用 DOM表示为一个由节点构成的层级结构…

交通物流模型 | Python建模实现动态交通分配优化问题求解

文章目录 效果一览文章概述研究内容程序设计参考资料效果一览 文章概述 交通物流模型 | Pyomo建模框架实现动态交通分配优化问题求解,DTA 交通分配问题通常需要考虑许多因素,例如道路容量、交通需求、速度限制、车辆类型、交通信号灯等,在城市规划和交通管理领域中具有重要的…

分布式系统概念和设计——分布式事务

分布式系统概念和设计 分布式事务 访问多个服务器管理的对象的事务称为分布式事务。 当一个分布式事务结束时&#xff0c;事务的原子特性要求所有参与事务的服务器必须全部提交或全部放弃。 实现&#xff1a; 其中一个服务器承担了协调者的角色&#xff0c;保证在所有的服务器…

chatgpt赋能python:Python图片取模:提高网页加载速度与用户体验

Python图片取模&#xff1a;提高网页加载速度与用户体验 随着互联网的发展与全球化进程的加速&#xff0c;网站的速度与易用性成为用户选择网站的重要因素。在这种情况下&#xff0c;我们需要优化网站的加载速度与用户体验。其中一种优化方法就是使用图片取模。 本文将向您介…

chatgpt赋能python:Python图像处理技术:学习Python,掌握图像处理!

Python图像处理技术&#xff1a;学习Python&#xff0c;掌握图像处理&#xff01; 在当今时代&#xff0c;图像处理已成为现代生活中不可或缺的一部分&#xff0c;从照片、视频到尖端医疗设备中的医学图像&#xff0c;都需要使用图像处理技术。Python图像处理技术是当今广泛使…

2023年淘宝天猫京东618活动时间安排和活动攻略

2023年淘宝天猫京东618活动力度大吗&#xff1f;活动什么时候开始&#xff1f;有什么省钱技巧&#xff1f;让我们来一起看一下&#xff01; 2023年淘宝618活动一览 时间安排 第一波(开门红) 预售时间&#xff1a;5月26日 14:00-5月26日 20:00 定金时间&#xff1a;5月26日 …

快排+归并

&#x1f947;快排 &#x1f380;快排题目 &#x1f3ab;快排代码实现 #include<iostream> using namespace std; const int N100010;//定义一个只读变量 int a[N]{0};//开辟空间&#xff0c;定义全局变量&#xff0c;后来就不用传参了 void quicksort1(int l,int r) {…

(三)多文件云传输框架项目实现(详解)

文章目录 前言《多文件云传输》框架概述简介技术实现框架基本思想 《多文件云传输》框架思考需求分析 《多文件云传输》框架实现数据基础实现技术难点实现 前言 《多文件云传输》框架的实现是本人的一个编程训练项目&#xff0c;为了提升本人的编程能力、JAVA 编程思想&#x…

第二章 数据类型、运算符与表达式

如何打开项目 如何打开已经存在的解决方案&#xff1f; 找到要打开的解决方案目录&#xff0c;进去之后双击后缀为.sln的文件即可打开该解决方案。 或者从最近打开项目中打开&#xff1a; Online Judge使用 OJ简介 在线判题系统&#xff08;Online Judge&#xff0c;缩写OJ…

GIN框架(GOLANG)讲解如何疯速入门

1.初始化项目&#xff1a; 1.初始化项目&#xff1a;go mod init 2.下载gin框架&#xff1a;go get -u github.com/gin-gonic/gin 3.引入&#xff1a;import "github.com/gin-gonic/gin" 注意点&#xff1a; 报错&#xff1a;$GOPATH/go.mod exists but should …

Python可视化分析项目

今天给大家分享一个基于python的django框架结合爬虫以及数据可视化和数据库的项目&#xff0c;该项目总体来说还是挺不错的&#xff0c;下面针对这个项目做具体介绍。 1&#xff1a;项目涉及技术&#xff1a; 项目后端语言&#xff1a;python 项目页面布局展现&#xff1a;前…

代码随想录算法训练营第四十二天|416. 分割等和子集

LeetCode416. 分割等和子集 背包问题&#xff0c;有N件物品和一个最多能背重量为W 的背包。第i件物品的重量是weight[i]&#xff0c;得到的价值是value[i] 。每件物品只能用一次&#xff0c;求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。背包问题有多种背包方式&#xff0c;常见…

地理探测器的应用方法

关于地理探测器的使用&#xff0c;网络上有大量的教学视频及资料&#xff0c;既可以用Excel计算&#xff0c;也可以利用R语言计算&#xff0c;本文主要分享利用Excel计算的方法&#xff0c;借鉴了大量的学习资料&#xff0c;记录一下供自己参考&#xff0c;也希望能帮到有需要的…

CLR via C#(一)CLR的执行模型

一、什么是CLR CLR全称Common Language Runtime&#xff0c;即公共语言运行时。它可以为所有面向CLR的语言提供运行时的内存管理、程序集加载、安全性、异常处理和线程同步等功能。 事实上&#xff0c;CLR并不关心开发者使用的到底是哪种语言&#xff0c;只要这门语言的编译器…