C语言数据的存储超详细讲解上篇

目录
  • 前言
  • 1、数据类型介绍
    • 类型的基本归类
  • 2、整形在内存中的存储
    • 2.1 原码、反码、补码
    • 2.2 大小端介绍
      • 2.2.1 什么是大小端
      • 2.2.2 大端和小端意义
      • 2.2.3 写程序判断字节序
  • 总结

前言

本文开始学习C语言进阶的内容了，进阶内容，是在基础阶段的内容上进行拓展，有的知识点，在基础阶段也已经学过。在进阶内容中，将从更深层次的角度去理解学习，本文主要内容包括：

  • 数据类型详细介绍
  • 整形在内存中的存储：原码、反码、补码
  • 大小端字节序介绍及判断
  • 浮点型在内存中的存储解析

1、数据类型介绍

在基础阶段已经学习了基本的类型和存储空间的大小。

知道了使用某个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。

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

类型的基本归类

整形家族

char
    unsigned char//无符号
    signed char//有符号
short
    unsigned short [int]//无符号
    signed short [int]//有符号
int
    unsigned int//无符号
    signed int//有符号
long
    unsigned long [int]//无符号
    signed long [int]//有符号

浮点数家族

float
double

构造类型

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

指针类型

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

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

2、整形在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据变量的类型而决定的

//举例
int a = 20;
int b = -10;

int 为整形，占用4个字节，下面将具体分析变量 a 的数值20 在内存空间中是如何分配的

2.1 原码、反码、补码

计算机中的整数有三种表示方法，即原码、反码和补码：

  • 原码：直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以
  • **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了
  • **补码：**反码+1就得到补码

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”
  • 正整数数的原、反、补码都相同
  • 负整数的三种表示方法各不相同

注意，整数存放在内存中的是补码，操作符的对象都是补码，最后打印的是原码。

举例说明数值的原码、反码、补码，

//
int main()
{
	int a = 10;//正数
	00000000 00000000 00000000 00001010 原码
	00000000 00000000 00000000 00001010 反码
	00000000 00000000 00000000 00001010 补码
	a在内存中的存储形式 00 00 00 0a
	int b = -10;//负数
	10000000 00000000 00000000 00001010 原码
	11111111 11111111 11111111 11110101 反码
	11111111 11111111 11111111 11110110 补码=反码+1
	b在内存中存储的数值 ff ff ff f6
	return 0;
}

a的数值在内存中的存储形式：

b的数值在内存中的存储形式：

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；

由于CPU只有加法器，加法和减法也可以统一处理，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。

下面将举例说明，数据在内存中的操作是运用补码而不是原码的：

int main()使用补码计算，打印的是原码
{
	1-1//CPU只有加法器
	1+(-1)
	第一步：
	00000000 00000000 00000000 00000001  1补码
	第二步：
	10000000 00000000 00000000 00000001  -1原码
	11111111 11111111 11111111 11111110  -1反码
	11111111 11111111 11111111 11111111  -1补码
	第三步：补码相加
	00000000 00000000 00000000 00000001  1补码
	11111111 11111111 11111111 11111111  -1补码
	结果是33位，超出范围
   100000000 00000000 00000000 00000000
	00000000 00000000 00000000 00000000   截断32位为0

	如果使用原码计算，结果是错误的
	00000000000000000000000000000001  1补码
	10000000000000000000000000000001  -1原码
	10000000000000000000000000000010  -2
}

2.2 大小端介绍

2.2.1 什么是大小端

  • 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

2.2.2 大端和小端意义

  • 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

举例说明大小端，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
  • 对于小端模式，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 main()
{
	int a = 0x11223344;
	return 0;
}

低字节0x44挡在低地址中，因此是小端模式：

2.2.3 写程序判断字节序

设计一个小程序来判断当前机器的字节序

int checksys()
{
	int a = 1;//00 00 00 01
	char* ch = (char*)&a;//char* 截断字节，指针指向低地址数据
	return *ch;//解引用，返回低地址数据
	//return *(char*)&a;//上面两行代码也可写成一行代码
}
int main()
{
	int a = checksys();
	if (a==1)//如果低地址保存的数据是1，即0x01，就是低字节
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

总结

数据的存储的学习还没有结束。

下一篇内容继续学习数据的存储相关的知识点。

到此这篇关于C语言数据的存储超详细讲解上篇的文章就介绍到这了,更多相关C语言 数据的存储内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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