数据在内存中的存储＜C语言＞

杨树与晨光 2024-06-23 12:35:18 阅读 93

导言

在计算机中不同类型的数据在计算机内部存储形式各不相同，弄懂各种数据在计算机内部存储形式是有必要的，C语言的学习不能浮于表面，更要锻炼我们的“内功”，将来在写程序的时候遇见各种稀奇古怪的bug时，也便能迎刃而解，所以本文将着重介绍，整数在内存中的存储、大小端字节序和判断、浮点数的存储。

整数在内存中的存储

这部分的内容在前面已经讲过，现在让我们来复习一下：

一个数的二进制表示方法有三种：原码、反码、补码

原码：直接将数转为2进制序列，得到的就是原码

反码：符号位不变，将其它位取反

补码：在反码基础上+1

在C语言中整数可分为有符号整数和无符号整数

有符号整数：有符号位（第一位），0为正、1为负

有符号整数：没有符号位，即全为正数。

在计算机内部存放的是补码，为啥是补码？

因为CPU只有加法器，在计算机内部，正数的补码是本身，负数补码符号位不变，其他位取反，存放补码可实现加减法的统一运算（不需要添加减法器）：

//在计算机内部存放的是补码，为啥是补码？int main() {int a = 9;//a的补码：00000000 00000000 00000000 00001001int b = 4;//b的补码：00000000 00000000 00000000 00000100int c = a - b;//c=a-b会被转化为c=a+(-b)// a的补码：00000000 00000000 00000000 00001001//-b的补码：11111111 11111111 11111111 11111100// c的补码 100000000 00000000 00000000 00000101//相加结果多出一位，int型只有4字节、32位，高位抛弃// c的补码: 00000000 00000000 00000000 00000101//正数原反补相同，10进制数为5printf("%d", c);return 0;}

运行结果：

大小端字节序和判断

超过一个字节的数据在存储时就会有存储顺序的问题：

通过调试观察一个整型在内存中的存储可知：a的低位存储在低地址处，当前平台属于小端存储模式。

大端存储模式：

是指数据的低位字节存储在内存空间的高位地址处。(大对大)

小端存储模式：

是指数据的低位字节存储在内存空间的低位地址处。(小对小)

为了更好的理解下面给出几道练习：

练习1（百度笔试10分）

简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个程序来判断当前机器的字节序。

练习2

以下代码输出结果是啥？

#include <stdio.h>//X86环境⼩端字节序 int main(){int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };int* ptr1 = (int*)(&a + 1);int* ptr2 = (int*)((int)a + 1);printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);return 0;}

运行结果：

分析一下：

#include <stdio.h>//X86环境⼩端字节序 int main(){int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };int* ptr1 = (int*)(&a + 1); //&a取出整个整个数组的地址(访问权限为4*sizeof(int)个字节)，再加1到元素4的后面int* ptr2 = (int*)((int)a + 1); //(int)a:将地址转为int类型的数，并加1,就是加了一个字节 //因为当前平台为小端字节序，加1跳过了01，并从第二个字节开始00 00 00 02printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2); //ptr[-1],访问权限为int型，倒退4字节，来到4的起始地址并打印 //*ptr2:00 00 00 02，因为平台为小端字节序，所以该数为2000000return 0;}

浮点数的存储

浮点数的存储是比较特殊的，因为它具有小数位，如果采用整数存储方法肯定是不行的，于是IEEE（国际电气和电子工程协会）754规定，任意一个浮点数V可以表示为下面这种形式：

●-1的S次方:符号位，S为1时负数，S为0时正数

●M:有效数字，M大于1小于2

●E:指数位

如10进制数5.5转为二进制数101.1

那么S=1

M=1.011

E=2

浮点数在存储时就是存储的SME，值得注意的是，常见浮点数float和double型的字节长度是不一样的，那么在存储时，SME的内存分配会有所不同：

注意点：

●前⾯说过， 1≤M，也就是说，M可以写成 1.xxxxxx 的形式，其中 xxxxxx 表⽰⼩数部分。因此1.可以舍去。

●指数E，E为一个无符号整数，为了能存负数，754规定：存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数，float：127，double:1023

举例：

#include <stdio.h>int main(){int n = 9;//小端字节序：00001001 00000000 00000000 00000000float* pFloat = (float*)&n;//转为float,但是存储的数据没有发生变化，依旧是00001001 00000000 00000000 00000000printf("n的值为：%d\n", n);//9printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//0.000000//以%f的形式打印，那么会把这个数据float的方式读取,也就是SEM的形式//0 0001001 000000000000000000000000=1.0*2的(9-127)次方，无限接近于0*pFloat = 9.0;//以浮点数存储也就是0 10000010 00100000000000000000000printf("num的值为：%d\n", n);//将0 10000010 00100000000000000000000以整数形式读取也就是1,091,567,616printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.000000return 0;}

运行结果：