深度剖析数据的存储
文章目录
深度剖析数据在内存中的存储
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("%un",a);
return 0;
}
2.
int i= -20;
unsigned int j = 10;
printf("%dn", 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
3.14159，1E10(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
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，
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：%dn", n);
printf("*pFloat的值为：%fn", *pFloat);
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为：%dn", n);
printf("*pFloat的值为：%fn", *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。