01.数据的存储

阿里云国内75折回扣微信号：monov8

阿里云国际，腾讯云国际，低至75折。AWS 93折免费开户实名账号代冲值优惠多多微信号：monov8 飞机：@monov6

1. 数据类型介绍

1基本的内置类型

char //字符数据类型 short //短整型 int //整形 long //长整型 long long //更长的整形 float //单精度浮点数 double //双精度浮点数

2类型的意义使用这个类型开辟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。

1.1 类型的基本归类

1整型家族

[+1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反= [0000 0001]补
[-1] = [1000 0001]原= [1111 1110]反 = [1111 1111]补
(-1) + (-127) = [1000 0001]原+ [1111 1111]原= [1111 1111]补+ [1000 0001]补 = [1000 0000]补

char --unsigned char /signed char
//(signed)char:-128-127

//unsigned char:0-255//(0000 0000-1111 1111)(0-255)

short --unsigned short [int] /signed short [int] int --unsigned int /signed int long --unsigned long [int] /signed long [int] //char还是signed char还是unsigned char是取决于编译器的常见的编译器上char ==signed char
//字符在存储的时候存储的是ASCII码值ASCII是整数所以在归类的时候字符属于整型家族

2)浮点数家族

float double

//int开辟四个字节一个字节是八个比特位

//内存里存放的是补码

//原码计算出现问题所以应当用补码进行计算。

//原码--补码//取反加一

//补码--原码//取反加一

3)构造类型

> 数组类型
> 结构体类型 struct
> 枚举类型 enum
> 联合类型 union

4指针类型

int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;

5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。
//void test()
//void test(void)
//void * p

2.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。空间的大小是根据不同的类型而决定的。

//例如int a=10其中a分配四个字节一个字节等于八个比特位2^3+2^2+2^1+2^0=15//16位//占四个比特位//故需要八个16为

2.1 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。

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。

//整型存储补码形式的原因

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。

2.2 大小端介绍

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。

//字节单位顺序不约束可以正序、逆序、乱序。

//但为了方便用的一般为正序和逆序

//0x 11 22 33 44

//低位放到低高位放到高---小端存储

例题设计一个小程序来判断当前机器的字节序

//int a=1---00 00 00 01

//小端01 00 00 00//拿出第一个字节为1//拿字节的时候是从前往后拿的

//大端:00 00 00 01(书写形式与原来一样但其实是相反的)

int main()
{
    int a = 1;
    char * p = (char*)&a;//将a的地址强制转换为a;再赋值给指针p//char1个字节
    if (1 == *p)
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }

    return 0;
}

//小端返回1
//大端返回0

int check_sys()
{
    int a = 1;
    char* p = (char*)&a;
    if (*p == 1)
        return 1;
    else
        return 0;
}

int check_sys()
{
    int a = 1;
    return *(char*)&a;
}

int main()
{
    int ret = check_sys();
    if (1 == ret)
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }
}

有符号位整型提升时是按照变量的补码被截断时的最高位是什么进行补位的如果截断后最高位即最左面的一位数为 1 则在最高位前补 1 如果最高位是 0 则在前面补 0 补够32位即int类型即可。

无符号的直接在被截断的前面补0即可。

EG1:

#include <stdio.h>

int main()
{
    char a = -1;
    //-1 是整数32bit
    //1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001(原码)
    //1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110反码
    //1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111补码
    //1111 1111 - a截断char截断一个字节只剩下比特位从右端开始数八位开始截断
    //1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - 提升//最高位为1补充1提升
    //
    signed char b = -1;
    unsigned char c = -1;
    //10000000000000000000000000000001
    //11111111111111111111111111111110
    //11111111111111111111111111111111signed有符号补1//-1
    //00000000000000000000000011111111unsigned无符号补0//char--%d是提升//255
    //
    //      -1    -1   
    printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
    //%d是打印有符号的整数
    //
    return 0;
}

EG2:

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    //
    //100000000000000000000000 1000 0000(原码)
    //111111111111111111111111 0111 1111反码
    //1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 -128的补码4,294,967,168
    //10000000 - a
    //1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000截断补1---1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111---1000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000-128
    //补码---原码取反加一
    printf("%u\n", a);//无符号
    printf("%d", a);

    return 0;
}

EG3:

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    //128
    // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000
    // 截断1000 0000
    // 提升1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000
    //无符号4294967168
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}

EG4:

int main()
{
    char a = 128;
    //128
    // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000
    // 截断1000 0000
    // 提升1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000补码---原码---取反加一
    //       1000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111+1
    //       1000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000-128
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

EG5:

无符号＋有符号

int main()
{
    int i = -20;
    //原码1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100
    //反码1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1011
    //补码1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1100
    unsigned int j = 10;
    //原码反码补码0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
    printf("%d\n", i + j);
    //1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110
    //1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
    //1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 10102^3+2^1=10
}

EG6:

结果是死循环

#include <windows.h>

int main()
{
    unsigned int i;
    for (i = 9; i >= 0; i--)
    {
        printf("%u\n", i);//9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
        //-1---无符号
        //补码1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111---4294967295
        Sleep(1000);
    }

    return 0;
}

EG7:

int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for (i = 0; i < 1000; i++)
    {
        a[i] = -1 - i;
    }
    //128 + 127 
    //-1 -2 -3 -4 -5 .. -128 127 126 .... 5 4 3 2 1 0 -1 -2 ...
    printf("%d\n", strlen(a));//'\0' -- 0(遇到\0就截止)
    //char范围-128-127
    return 0;
}

3. 浮点型在内存中的存储

常见的浮点数
3.14159
1E10
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

EG:浮点存储的例子

int main()
{
int n = 9;
float *pFloat = (float *)&n;//强制转换为float型
printf("n的值为%d\n",n);//9
printf("*pFloat的值为%f\n",*pFloat);//转换为float
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为%d\n",n);
printf("*pFloat的值为%f\n",*pFloat);//9.000000
return 0;
}

首先将 0x0000 0009 拆分得到第一位符号位s=0后面8位的指数 E=00000000 最后23位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。
由于指数E全为0所以符合上一节的第二种情况。因此浮点数V就写成
V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)
显然V是一个很小的接近于0的正数所以用十进制小数表示就是0.000000
浮点数9.0等于二进制的1001.0即1.001×2^3
9.0 -> 1001.0 ->(-1)^0×1.001^3 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130
那么第一位的符号位s=0有效数字M等于001后面再加20个0凑满23位指数E等于3+127=130
即10000010。
所以写成二进制形式应该是S+E+M即
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000---十进制1091567616
这个32位的二进制数还原成十进制正是 1091567616

3.1 浮点数存储规则

整型的取值范围: limits.h

浮点型的取值范围: float.h

num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数但在浮点数和整数的解读是大大不同的。

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=0V为正数当S=1V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

EG:

十进制的5.0写成二进制是 101.0 相当于 1.01×2^2 =-1^0×1.01×2^2。

那么按照上面V的格式可以得出S=0M=1.01E=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=1M=1.01E=2。

IEEE 754规定

对于32位的浮点数最高的1位是符号位s接着的8位是指数E剩下的23位为有效数字M。

//如果E为8位它的取值范围为0~255

对于64位的浮点数最高的1位是符号位S接着的11位是指数E剩下的52位为有效数字M。

//如果E为11位它的取值范围为0~2047

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位
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。

int main()
{
    float f = 3.14;

    //0.14
    //0.125
    //0.015
    //11.001....01010000010101010101010101010
    // 
    //float f = 9.0;
    //1001.0
    //(-1) ^ 0 * 1.001 *2^3
    //s = 0
    //e = 3
    //M = 1.001
    //0 1000 0010(3+中间数1270111 1111---0111 1111+0000 0011=1000 0010)  00100000000000000000000001后面补1
    //S E                                                                    M
    //0x41 10 00 00
    // 
    //float f = 5.5f;
    //101.1
    //1.011 *2^2
    //(-1)^0 *1.011 * 2^2
    //s=0
    //m=1.011
    //e=2
    //0 10000001 01100000000000000000000
    //
    //40 b0 00 00
    //
    return 0;
}

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
0.51/2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:0 01111110 00000000000000000000000