【C语言进阶】数据的存储----整型篇

news2024/11/18 3:23:50

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文章目录

  • 🌴数据类型介绍
    • 📌类型的基本归类：
  • 🌴整形在内存中的存储
    • 📌原码、反码、补码
    • 📌大小端介绍
      • 1. 什么是大端小端：
      • 2.为什么有大端和小端：
  • 🌴练习
    • 📌1.百度2015年系统工程师笔试题：
    • 📌2.练习2
    • 📌3.练习3
    • 📌4.练习4
    • 📌5.练习5
    • 📌6.练习6
    • 📌7.练习7

🌴数据类型介绍

- 基本的内置类型：

1. char 占1个字节          ----->字符数据类型
2. short 占2个字节       -----> 短整型
3. int 占4个字节        ----->整形
4. long 占4/8个字节        ----->长整型
5. long long 占8个字节     -----> 更长的整形
6. float 占4个字节        -----> 单精度浮点数
7. double 占8个字节          -----> 双精度浮点数
注意：C语言中没有字符串类型
类型的意义：

  1. 内存占用和范围：不同的数据类型在内存中占用不同的字节数，并且能够表示的数值范围也不同。正确选择数据类型可以优化内存使用，同时确保数据不会超出所允许的范围，避免溢出和精度丢失的问题。
  2. 数据操作和运算规则：不同数据类型支持不同的操作，并且对于不同数据类型之间的运算有明确的规则。了解这些规则可以帮助开发者正确地处理数据，避免数据转换错误和意外的计算结果。
  3. 类型检查和数据表达：C语言是一种静态类型语言，编译器在编译时会对数据类型进行检查。正确定义数据类型可以帮助发现类型错误和潜在问题，增强代码的可靠性。此外，不同的数据类型也能够更直观地表达数据，使代码更易读和理解。

📌类型的基本归类：

  • 整形家族：
  1. char
      unsigned char：无符号字符型，范围为 0 到 255。
      signed char：一个字节大小的有符号整数，范围为 -128 到 127。
    注意：char是否为signed char，C语言标准并没有规定，取决于编译器。
    字符在内存中存储的是字符的ASCII码值，ASCII码值是整型，所以字符类型归类到整型家族
  2. short
      unsigned short [int]：无符号短整型，范围为 0 到 65,535。
      signed short [int]：两个字节大小的有符号整数，范围为 -32,768 到 32,767。
  3. int
      unsigned int：无符号整型，范围为 0 到 4,294,967,295。
      signed int：四个字节大小的有符号整数，范围为 -2,147,483,648 到 2,147,483,647。
  4. long
      unsigned long [int]：无符号长整型，范围取决于编译器，但至少和 unsigned int 类型的范围相同。
      signed long [int]：四个或八个字节大小的有符号整数，范围取决于编译器，但至少是 int 类型的范围。

以下以char的两种类型为例（其他类型类似），我们可以利用画圈的方法来方便我们的记忆，我个人让我这是一个非常好的方法（牛🖊）具体参照下方两幅图片：
signed char类型范围
unsigned char类型范围

  • 浮点数家族：
  1. float：：float是单精度浮点类型，通常占用4个字节（32位）。它可以表示大约6到7位有效数字，并且具有范围约为1.2E-38到3.4E+38的取值范围。在表示浮点数时，通常使用后缀f或F来标识float类型，例如：3.14f。
  2. double：double是双精度浮点类型，通常占用8个字节（64位）。它可以表示大约15到16位有效数字，并且具有更大的范围，约为2.3E-308到1.7E+308。在表示浮点数时，C语言通常默认为double类型，不需要显式指定后缀。例如：3.14表示的是double类型。
  • 构造类型:
  1. 数组类型
  2. 结构体类型 struct
  3. 枚举类型 enum
  4. 联合类型 union
  • 指针类型:

1. int *pi;
2. char *pc;
3. float* pf;
4. void* pv;（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。

🌴整形在内存中的存储

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。

那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？

比如：

int a = 20;
int b = -10;

我们知道为 a 分配四个字节的空间。
那如何存储？
下来了解下面的概念：

📌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和数值位两部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”，而数值位
正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。
在我上一篇文章中也有涉及到，具体请移步【C语言】操作符—详解

  • 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。

注意：补码+1得到的是原码。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
为什么呢？

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。

我们看看在内存中的存储：
注意：这里是各个变量对应补码的16进制表示形式
在这里插入图片描述
我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。
这是因为数据的存储被分为大小端两种情况。

📌大小端介绍

1. 什么是大端小端：

- 大端（存储）模式，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（存储）模式，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。

2.为什么有大端和小端：

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的char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。
例如：一个 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x0010 ， x 的值为 0x1122 ，那么 0x11 为
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 则
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。

🌴练习

📌1.百度2015年系统工程师笔试题：

题目描述：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。（10分）

思路：
因为1的二进制序列的16进制表示形式为00 00 00 01，所以如果机器是小端字节序存储形式，那么整型 1 在内存中存储地址由低到高依次为 01 00 00 00；如果机器是大端字节序存储形式，那么在整型 1 在内存中存储地址由低到高依次为 00 00 00 01，这时我们可以利用字符（cha）型指针访问此地址存储的值，因为char型指针一次只能访问一个字节，所以如果是小端，则访问的值为01，如果是打端，则访问的值是00。

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

📌2.练习2

//下面程序输出什么？
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a= -1;
    //10000000000000000000000000000001 -a的原码
    //11111111111111111111111111111110
 	//11111111111111111111111111111111 -a的补码
 	//11111111 - a
    signed char b=-1;
    //11111111 - b
    unsigned char c=-1;
    //11111111 - c
    printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);//结果为a=-1 b=-1 c=255
    //%d 是以10进制的形式打印有符号的整数
    //打印时a，b为有符号的char，所以打印时将第一个1看成符号位，在左边补上24个1
    //所以打印时a，b又变成11111111111111111111111111111111，但这是补码，
    //打印的数字需要为原码对应的值，所以转换为原码为 
    //10000000000000000000000000000001，对应的十进制为-1
    //而c为无符号的char，所以打印时不分符号位，左边补上24个0
    //即为00000000000000000000000011111111，
    //因为无符号为正数，所以原码补码相同，对应的十进制为255 
    return 0;
}

📌3.练习3

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    //10000000000000000000000010000000 -a的原码
	//11111111111111111111111101111111
	//11111111111111111111111110000000 -a的补码
	//10000000 - 内存中存储的a
	//打印时需要整型提升，此时看a的类型，因为a的类型为有符号的char，
	//所以将内存中a的首位看成符号位，为1则左边全补上1；为0，则全补0
	//即：11111111111111111111111110000000 ---将它看成无符号的数打印，
	//则它是一个很大的数，值为：4294967168
    printf("%u\n",a);//结果为：4294967168
    //%u 是10进制的形式，打印无符号的整数
	//%d 是10进制的形式，打印有符号的整数
    return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    //00000000000000000000000010000000 -a的原码，反码，补码
    //10000000 -内存中存储的a
	//11111111111111111111111110000000 - a整型提升后的值
    printf("%u\n",a);//结果为：4294967168
    //%u 是10进制的形式，打印无符号的整数
	//%d 是10进制的形式，打印有符号的整数
    return 0;
}

📌4.练习4

int i= -20;
//10000000000000000000000000010100 -i的原码
//11111111111111111111111111101011
//11111111111111111111111111101100 -i的补码
unsigned  int  j = 10;
//   00000000000000000000000000001010 -j的原码，反码，补码
// + 11111111111111111111111111101100
// = 11111111111111111111111111110110 -i+j的补码
//   10000000000000000000000000001001 -i+j的反码
//	 10000000000000000000000000001010 -i+j的原码，对应十进制值为：-10
printf("%d\n", i+j); //结果为：-10
//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数

📌5.练习5

unsigned int i;//因为是无符号的整型，所以i一直大于等于于0
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
    printf("%u\n",i);
}//所以此代码会进入死循环

如图说示，i=9开始，逆时针走，一直在0~65535这个范围内。
unsigned int类型范围

📌6.练习6

int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
   {
        a[i] = -1-i;
    //这里也可以使用画圈的方法，数组中的值从-1开始一直到0，如下：
    //-1 -2 -3 -4 -5 .. -128 127 .. 6 5 4 3 2 1 0  
    //-1~-128一个有：128个数，127~1一共有：127个数，所以共有：128 + 127 = 255
   }
    printf("%d",strlen(a));
    //strlen 统计的是\0之前出现的字符的个数
	//'\0' - 对应的ASCII码值：0 
    return 0;
}

📌7.练习7

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
//无符号的插入取值范围在0~255之间
int main()
{
    for(i = 0;i<=255;i++)
    //i的值从0到255，然后再从255到0，一直这样循环
   {
        printf("hello world\n");
        //陷入死循环
   }
    return 0;
}

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在这里插入图片描述

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