大纲
- 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
数据类型介绍
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char
short
int
long
long long
float
double
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C语言数据类型分为内置类型和自定义类型(构造类型)
类型的意义：
1.类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
2.决定看待内存空间的视角
代码实例及图解
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
int a = 10;
float b = 10.0;
return 0;
}
|
从图例结果可以看到,定义的数值大小一致,但由于数据类型不同,其对应的在内存中存储的值不一样
类型的基本归类：
整形家族：
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| char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed long [int]
|
浮点数家族：
构造类型：
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| 数组类型
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union
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指针类型
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| 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。
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。空间的大小是根据不同的类型而决定的。
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
int a = 10;
int b = -20;
return 0;
}
|
我们知道int类型为a 分配四个字节的空间。
那如何存储？接下来了解下面的概念：
原码、反码、补码
计算机中的有符号数有三种表示方法，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”，而数值位三种表示方法各不相同。
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。
正数的原、反、补码都相同。
✏️对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
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。
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
int a = 20;
int b = -10;
return 0;
}
|
图例A:
✍小结:
我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。 为什么？
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。
为什么存在 大端 模式 小端
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，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit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。
习题
设计一个小程序来判断当前机器的字节序
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
check_sys()
{
int a = 1;
return *(char*)&a;
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
return 0;
}
|
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
浮点数存储代码例：
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
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;
}
|
num 和*pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？
📖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=0，V为正数；当s=1，V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。
举个🌰：
十进制的5.0，写成二进制是101.0 ，相当于1.01×2^2 。 那么，按照上面V的格式，可以得出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。
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。
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。
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。
浮点型数据在内存存放代码例:
例F1
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
float f = 5.5;
return 0;
}
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指数E从内存中取出可分成三种情况：
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。 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:
1
| 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
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0 00000000 01100000000000000000000
+/- 0.011 * 2^-126
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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）
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0 11111111 0110000 0000 0000 0000 0000
11111111 = 255 = E + 127 = >E = 128
+/- 1.XXX * 2 ^ 128
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✈️例F1解析
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
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;
}
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⚡习题
下面这些代码例输出结果是什么?
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char a = -1;
signed char b = -1;
unsigned char c = -1;
printf(" a=%d\n b=%d\n c=%d\n", a, b, c);
return 0;
}
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char a = -128;
printf("%u\n", a);
return 0;
}
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <Windows.h>
int main()
{
unsigned int i;
for (i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n", i);
Sleep(1500);
}
return 0;
}
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char a[1000];
int i;
for (i = 0; i<1000; i++)
{
a[i] = -1 - i;
}
printf("%d\n", strlen(a));
return 0;
}
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| #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <string.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
for (i = 0; i <= 255; i++)
{
printf("hello world\n");
}
return 0;
}
|
😂清醒一下