如何分析C语言数据的存储,很多新手对此不是很清楚,为了帮助大家解决这个难题,下面小编将为大家详细讲解,有这方面需求的人可以来学习下,希望你能有所收获。
数据类型的介绍
数据类型存在的意义
为变量开辟的空间大小(大小决定了使用范围)
取数据的时候按照什么格式取出(先看大小端,在看数据类型(用来解析二进制数据的方式))
整形
char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed long [int]
注意:默认的char,short,int 在VS都是signed
……
浮点型
float
double
构造类型
数组
结构体
枚举
联合体
指针类型
int* pi;
char* pc;
void* pv;
void空类型
void 表示空类型,没有给定类型
通常应用于指针类型
整数在内存中的存储
我们都知道 int类型的数据在内存中被分配了四个字节的空间,那么他们在内存中如何存储呢?
int a = 20;
int b = -10;
原反补的介绍
计算机中的整数有三种表示方法,即原码、反码、补码
原码:直接将十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,其他位取反即可得到
补码:反码 + 1
注意:整数的 原反补 相同
对于整形数据来说,在内存中存的其实是补码,为什么?
使用补码,可以将符号位和数值域统一处理,同时,加法和减法可以统一处理(CPU只有加法器),不需要额外的硬件电路,减少了开销
看看变量在内存中的存储:
我们会看到a,b存储的是补码,但是字节的顺序有点有对,这就是整形数据存储的大小端问题,也叫字节序问题
大小端的介绍
大端存储: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: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
存在的原因:
我们都知道在计算机系统中,都是以字节为单位的,每个地址单元管理一个字节的空间大小,但是在C语言中如 int 有4字节等,所以对于32位或者64位的处理器来说,就必然存在着4个字节的排放顺序,因此就出现了大小端存储的问题,也成为字节序问题,上述代码就是小端存储(VS底下的代码)
面试例题
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。
// 代码1 - 利用char类型的指针一次访问一个字节的特性#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; } //代码2 - 联合体int check_sys(){ union { int i; char c; }un; un.i = 1; return un.c; }
练习
1.#include <stdio.h>int main(){ char a = -128; printf("%u\n",a); return 0; }
2.int i= -20;unsigned int j = 10;printf("%d\n", i+j);// 这里就是i+j是个表达式,先算表达式的值,在%d打印// 表达式计算的时候是基于补码进行的,跟类型是无关的// 11111111 11111111 11111111 11101100// 00000000 00000000 00000000 00001010// -------------------------------------+// 11111111 11111111 11111111 11110110 - 计算后的补码// 10000000 00000000 00000000 00001010 - 最后结果-10
3.int main(){ char a[1000]; int i; for(i=0; i<1000; i++) { a[i] = -1-i; } printf("%d",strlen(a)); return 0; }
补充
存:字面数据必须先转成补码,在放入空间当中。所以,所谓符号位,完全看数据本身是否携带±号。和变量是否有符号 无关!
取:取数据一定要先看变量本身类型,然后才决定要不要看最高符号位。如果不需要,直接二进制转成十进制。如果需 要,则需要转成原码,然后才能识别。(当然,最高符号位在哪里,又要明确大小端)
浮点数在内存中的存储
14159,1E10(1^10)都是我们常见的浮点数,而C语言中定义的浮点数有float和double常见的两种类型,两种类型范围被定义在头文件float.h中
存储规则讲解
看上面代码,我们很容易发现num和*pfloat在内存明明访问的是同一块空间,为什么浮点数和整数的解读差别这么大呢,下面我们讲讲浮点数的存储规则。
国际IEEE(电气和电子工程协会)754规定,任何一个二进制浮点数V都可以表示成下面的形式:
(-1)^S * M * 2^E
(-1)^S表示符号位,S=0时,表示正数;S=1时,表示负数
M表示有效数字,1 <= M <2
E表示指数位
举例
十进制5.0,写成二进制101.0,科学计数法:1.01 * 2^2
S = 0,M = 1.01,E = 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=1,M=1.01,E=2
IEEE754的特别规定
有效位M
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。
IEEE754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。
指数E
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0255;如果E为11位,它的取值范围为02047。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。
E取出分为三种情况
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。 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
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,
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
这时,如果有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位s);
案例
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;}
float用%d打印的特例讲解
这里我们会发现%d打印浮点数的时候结果为0
而%lld打印的结果和double存储变量的结果一样的
原因:
在可变长参数函数(例如printf函数)或者不带原型声明函数中,在调用该函数时C自动进行类型提升(在调用函数时如果声明这个函数那么则不会提升),提升如下:
float类型的实际参数将提升到double
char、short和相应的signed、unsigned类型的实际参数提升到int
如果int不能存储原值,则提升到unsigned int 然后,调用者将提升后的参数传递给被调用者。
C标准对默认实际参数提升规则有明确规定。也就是说, 带有可变长参数列表的函数,
绝对不会接受到char类型的实际参数。
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