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”神仙修炼“之C的数据存储-创新互联
一、内功之数据在内存中的存储
2.🌜整型在内存中的存储🌛
1.什么是大端小端？
2.4🎓练习题🎓 1.第一题+解析😶
3.🌜浮点型数据在内存中的存储🌛
当前文章：”神仙修炼“之C的数据存储-创新互联
文章分享：http://cqcxhl.cn/article/dhpooe.html
本章内容重点：1.不同数据类型的介绍
1.数据类型的不同类型
2.整型在内存中的存储方式
3.大小端字节序存储
4.浮点数在内存中的存储方式
我们先前已经了解到的基本类型（内置类型）如：
成都创新互联是一家专注于成都网站设计、成都网站建设与策划设计,漠河网站建设哪家好?成都创新互联做网站,专注于网站建设十多年,网设计领域的专业建站公司;建站业务涵盖:漠河等地区。漠河做网站价格咨询:18980820575char //字符型，所占存储空间为1字节
int //基本整形，所占存储空间为4字节
unsigned int //无符号整型，所占存储空间为4字节
long (int) //长整型，所占存储空间为4/8字节
unsigned long //无符号长整型，所占存储空间为4/8字节
long long (int) //长长整型，所占存储空间为8字节
short (int) //短整型，所占存储空间为2字节
unsigned short //无符号短整型，所占存储空间为2字节
float //单精度浮点型，所占存储空间为4字节
double //双精度浮点型，所占存储空间为8字节
long double //长双精度浮点型类型存在的意义：
1.使用不同数据类型为内存开辟不同的空间大小
2.不同数据所能表示的取值范围不同，可以参与的运算也不同
1.1🌜数据类型的分类🌛- 整型家族👪
char-----unsigned char
signed char
short----unsigned short
signed short
int-------unsigned int
signed int
long-----unsigned long
signed long
为什么char也在整型家族呢？
因为字符是以ASCII存储在内存中，ASCLII是整数，所以char属于整型合情合理 👀（解决某些人的小疑问）。但是这里要注意 ❗：在我们编程过程中，char具体表示的是signed char还是unsigned char是要根据编译器决定的，常见的编译器认为char 是signed char。
- 浮点数家族👪
float
double
- 构造类型（自定义类型）👪
数组类型（因为数组元素个数可以发生改变）
结构体类型struct
枚举类型enum
共用体（联合）类型union
- 指针类型👪
int* pa
char* pb
float* pc
void *pd
- 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。
2.🌜整型在内存中的存储🌛
由于一个变量在内存中存储需要开辟内存的存储单元，而不同的类型所开辟的空间大小有所不同，那么接下深刻理解一下整型 数据在内存中的存储👀
首先，我们要提前具备以下知识点：
有符号整数和无符号整数2.1有符号整型和无符号整型（从二进制来看）
整数的原码、反码、补码
有符号整数和无符号整数的区别在于如何理解整数最高位
对于无符号整数：整数的最高位被编译器理解为数据位。
对于有符号整数：整数的最高位被编译器理解为符号位。若最高位（符号位）为0则表示正数，若符号位为1则表示负数。
可见对于相同字节数的整型数而言：由于有符号整数的数据位数比无符号整数的数据位数少1位，而这1位恰好是最高位，因此有符号整数表示的大整数的绝对值只有无符号整数的一半
//举个栗子：我们可以查到char(signed char)和unsigned char的取值范围
//char占1个字节
char--->-128~127
unsigned char--->0~255在内存中的存储形式如上图
2.2整数的原码、反码和补码计算机中整数的三种表示方法：原码、反码和补码。三种方法都存在符号位和数据位之分。
由于正数的原码反码补码相同，而负数的原码反码补码不同，规则如下：
原码：将二进制按照正负数直接翻译即可
反码：原码的符号位不变，其他位依次按位取反
补码：在反码的基础上+1得到补码
注意：
1.通过对补码按“符号位不变，其他位依次取反”后“+1”可得到原码。
2.同样，对补码先“-1”后，再“符号位不变，其他位依次取反”可得到原码。
//例如：
int a=20;
//20是正数，最高位是符号位0，整形占四个字节32个比特位
//正数的原码反码补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100
//转换为十六进制：0x 00 00 00 16
int b=-10;
//-10是负数，最高位是符号位1
//原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
//反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101
//补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110
//转换为十六进制：0xff ff ff f6对于整型而言：在屏幕上显示的是该数的原码，在内存中存储的是该数的补码，这是为什么呢？😧
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。
//举个栗子解释一下：当我们计算2-1的时候【相当于2+(-1)】
2
//由于正数的原码、反码、补码相同：
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
-1
//32位机器上-1的原码：由于是负数，最高位为符号位1
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
//-1的反码：原码符号位不变，其他位按位依次取反
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110
//-1的补码：反码+1
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
2-1//相当于2+（-1）：如果不使用补码，用原码计算
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
//
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
//得出结果：-3，可见2-1=-3是错误的
//当我们使用-1的补码计算的时候
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
//得出结果：1 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
//由于只有32位，最前面的1舍掉得出：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
//也就是1，2-1=1结果是正确的通过在计算机内存中负数用补码来表示，就可以将减法运算也转化为加法运算来处理。😁
2.3❗大小端字节序存储❗在了解大小端存储之前，我们看一下在VS编译器中数据在内存中存储是什么样子的?
在VS编译器中：按住Ctrl+F10进行调试，打开软件上面调试选项，点击窗口下的内存即可打开
int a=20;
//20的原码、反码、补码都相同：
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100
int b=-10;
//-10是负数
//原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
//反码:符号位不变，其他位依次按位取反
//反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101
//补码：反码+1
//补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110
在内存中是以十六进制显示的(二进制和十六进制的转换)
//20以十六进制显示：00 00 00 14
//-10以十六进制显示：ff ff ff f6
//在内存中以补码形式存储数据为什么在内存中存储方式和图片显示不符合呢？接下来正式引入功法！💣
1.什么是大端小端？大端字节序存储模式：数据的低位保存在内存的高地址处，数据的高位保存在内存的低地址处。
小端字节序存储模式：数据的低位保存在内存的低地址处，数据的高位保存在内存的高地址处。2.为什么有大端小端存储呢？
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3.解释图片中的问题
都对应着一个字节，一个字节为8bit。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。
int a=20;
int b=-10;
//20以十六进制显示：00 00 00 14
//-10以十六进制显示：ff ff ff f6可见在VS的内存存储方式为小端字节序存储
4.面见笔试题百度2015年系统工程师笔试题：
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。
//功能：设计一个小程序来判断当前机器的字节序。
//思路：判断大小端存储，假如数据int a=20,在内存中十六进制表示是00 00 00 16，
//设计程序判断第一个字节是00还是16，若是00表示是大端，反之为小端
//要点：根据不同类型指针实现对数据内存的访问多大的空间
int main()
{
int a = 20;
int result = *((char*)&a);
//char*指针表示对内存访问一个字节的空间
//解引用为对应一个字节的值
if (result)
{
printf("机器是小端存储");
}
else
{
printf("机器是大端存储");
}
return 0;
}
//函数实现：
int check()
{
int a = 20;
return (*(char*)&a);
}
int main()
{
int result =check();
//char*指针表示对内存访问一个字节的空间
//解引用为对应一个字节的值
if (result)
{
printf("机器是小端存储");
}
else
{
printf("机器是大端存储");
}
return 0;
}2.4🎓练习题🎓 1.第一题+解析😶
//输出什么？
#includeint main()
{
char a= -1;
signed char b=-1;
unsigned char c=-1;
printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);
return 0;
} //char取值范围是：0~255
//char a在内存中的二进制为：（负数）
//原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
//反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110
//补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
//由于是char类型占一个字节，需要整型提升：取后八位
//1111 1111，整型提升原则：前面与补符号位相同的
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111为整型提升后的补码
//打印格式为%d有符号整型数据：
//原码：补码取反（符号位不变）+1
//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001：-1
//signed char b=-1和char a=-1结果是一样的--->-1
unsigned char c=-1;
//参考上面可知且unsigned表示不区分符号位，统一按数值位看，全为正数
//原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
//反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110
//补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
//由于是char类型占一个字节，需要整型提升：取后八位
//1111 1111，整型提升原则：由于是无符号，不区分负数，所以前面补0
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111：2^8-1=255最终结果：a=-1,b=-1,c=255
🌞补充一张“轮回转生”🌞
正确理解char的取值范围
2.第二题+解析😶2.
#includeint main()
{
char a = -128;
printf("%u\n",a);
return 0;
} char a=-128;//a是负数
//a的原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000
//a的反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1111
//a的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000
//由于是char类型占一个字节，需要整型提升：取后八位
//1000 0000，整型提升原则：补符号位1
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000为整型提升后的结果
//打印格式为：无符号整型,最前面的符号位看作数据位
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000=4294967168最终结果：4294967168
3.第三题+解析😶3.
#includeint main()
{
char a = 128;
printf("%u\n",a);
return 0;
} //a是正数，原码反码补码相同
//a的原码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000
//a的补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000
//由于是char类型占一个字节，需要整型提升：取后八位
//1000 0000，整型提升原则：补符号位1
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000为整型提升后的补码
//打印格式为：无符号整型,最前面的符号位看作数据位
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000=4,294,967,168int main()
{
int i = -20;
unsigned int j = 10;
printf("%d\n", i + j);
//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
return 0;
}//i为负数：符号位为1
//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
//j为无符号整数
//原码=补码：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
//i+j
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1100
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
//补码结果：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110
//原码：补码按位取反+1
//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010=-10计算结果为：-10
5.第五题+解析😶 unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n",i);
}由于int i是无符号整型，所以取值不可能小于（<）0.
所以程序中的i>=0判断条件，不论i--恒成立，输出结果会发生死循环int main()
{
char a[1000];//字符型数组
int i;
for(i=0; i<1000; i++)
{
a[i] = -1-i;//分别对数组的每一个元素赋值
//-1 -2 ...-128 127 126 ...0 1...
}
printf("%d",strlen(a));
//strlen读取字符串长度，直到\0才停止，\0的ASCII值为0.也就是说strlen统计的是0之前有多少个元素
//从-1到-128到0一共有255个元素
return 0;
}因为char的取值范围在-128~127之间，对数组赋值到char数组中不可能超出这个范围
所以计算结果为：255unsigned char i = 0;
int main()
{
for(i = 0;i<=255;i++)
{
printf("hello world\n");
}
return 0;
}同理，i<=255判断条件不论i++恒为真，程序会不断打印陷入死循环注意：特别关注题目中以及编程过程中遇到unsigned，可能会发生bug👾
3.🌜浮点型数据在内存中的存储🌛
常见的浮点数有哪些呢？
比如：3.1抛砖引玉💡
3.1415926
1E10：E+数字表示10的数字次方
浮点数家族：float double等等
浮点数的范围：需要在float.h中查看
--->使用evenrything 这个软件搜索limits.h和float.h可以查看在C语言中double和float的取值范围。
我们先看下面这个例子
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;
}接下来解释一下输出的结果：
int n = 9;
//n的值为整型
float *pFloat = (float *)&n;
//取n的地址强制类型转换为浮点型指针类型，将取到的地址放到变量pFloat中，变量pFloat的类型是浮点型指针
printf("n的值为：%d\n",n);
//此时以整型打印整型n的值：结果为9
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
//对pFloat浮点型指针进行解引用操作，以浮点型打印整型n的结果：为0.0000000
*pFloat = 9.0;
//间接修改n的值为9.0浮点型
printf("num的值为：%d\n",n);
//以整型打印浮点数n的值：9.0000000
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
//对pFloat浮点型指针进行解引用操作，以浮点型打印整型n的结果：为9.000000也就是说：整型数据用整型输出，用浮点型输出结果会发生变化，说明在内存中浮点型数据和整形数据的存储方式不同。接下来详细介绍：
3.2浮点数的存储规则根据国际标准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. (-1)^S * M * 2^E
2. (-1)^s表示符号位，当s=0，V为正数；当s=1，V为负数。
3. M表示有效数字，大于等于1，小于2。
4. 2^E表示指数位。
//举例说明
float num=5.0
//在内存中十进制转换为二进制存储的方式可以写成：
101.0
//又可以表示成：
1.010*2^2
//对应：(-1)^S * M * 2^E,可以表示为：
(-1)^0*1.010*2^2
//计算得出：
S=0;M=1.010;E=2IEEE 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。
在32位机器下，内存中的存储格式
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
在64位机器下，内存中的存储格式
对于指数M的特别规定：
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。
//也就是说，上面的举例中：这样做可以提高保存在内存中的数据的精度
M=0.010对于指数E的特别规定：
首先，E为一个无符号整数（unsigned int）3.3解释抛砖引玉的结果
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。
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。（因为之前M存储的是0.xxxxx，需要再把1补回来）
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:
0 01111110 00000000000000000000000
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（指数级为负已经相当小了）
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
如果有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位s）；
//在32位平台下
int main()
{
int n = 9;
//n为正数，原码反码补码相同：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
float *pFloat = (float *)&n;
printf("n的值为：%d\n",n);
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
//将整数9按照浮点数存储规则进行会出现如下结果：
0 00000000 00000000000000000001001
S=0;E=00000000；M=00000000000000000001001//符合E全为0的情况
//也就是：(-1)^0*0*2^(-118)
打印结果为：0.000000
*pFloat = 9.0;
//此时n看作是浮点数
printf("num的值为：%d\n",n);
//以整型的方式打印浮点数：需要先将浮点数在内存中取出.我们先看9.0存入内存的方式
//9.0用二进制表示为：
1001.0
//进一步用浮点数表示为：
(-1)*0*1.001*2^3
//此时S=0,M=1.001,E=3
//存储在内存时：S=0,M=0.001,E=3+127=130
用二进制表示为：0 10000010 00100000000000000000000
//以整型方式显示：01000001000100000000000000000000
//通过二进制转十进制的方式得出：
1,091,567,616
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
//以浮点数形式打印浮点数9.0，结果为：
9.000000
return 0;
}注意：
浮点数举例避免举小数点太复杂的例子，因为得出指数E+127很难用二进制表示，理解即可👌
2.解释了为什么我们在编程时有些数据用float和double 时输入数据相同，输出数据有稍微差异，因为在内存中存储时M占的位数有所不同，也就是说：浮点型数据存入内存和取出内存会有精度缺失的现象。
3.4浮点数的相关术语字典定点数：指的是小数点位置是固定的，小数点位于符号位和第一个数值位之间，它表示的是纯小数。
浮点数：实数N可统一表示为：N=S*r^j，其中：S为尾数，规定用纯小数表示；j为阶码（正负均可，但必须为整数）；r是基数，对二进制而言，r=2。例如：10.0111=10100111*2^10
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