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[C++知识库]C语言-数据的存储

一、数据类型

char:字符数字类型。有无符号取决于编译器,大部分编译器有符号(signed char)
而short、int、long都是有符号的。
unsigned char c1=255;内存中存放二进制的补码:11111111 都是有效位,没有符号位
char c2=255;结果为-1
在这里插入图片描述同理可推出short、int等

二、整型在内存中的存储

1.原码、反码、补码

原码:将二进制按照正负数的形式翻译成二进制
反码:将原码的符号位不变,其他位依次按位取反
补码:反码+1
**对于整型来说:数据存放在内存中的是补码。**使用补码,可以将符号位和数值域统一处理。

大小端介绍

1.大端字节序存储:是指数据的低位保存在内存的高地址中,数据的高位保存在内存的低地址中。
2.小段字节序存储:是指数据的低位保存在内存的低地址中,数据的高位保存在内存的高地址中。

例1:

#include<stdio.h>
int main()
{
	//输出什么?

	//有符号数整型提升:根据符号位提升高位
	//无符号数整型提升:高位补0
	char a = -1;     //11111111
	//11111111111111111111111111111111
	//11111111111111111111111111111110
	//10000000000000000000000000000001  原码
	signed char b = -1; //与a相同
	unsigned char c = -1; //11111111
	//00000000000000000000000011111111
	//00000000000000000000000011111111
	//00000000000000000000000011111111
	//%d 以有符号数进行打印
	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c); //a=-1,b=-1;c=255
	return 0;
}

例2:
在这里插入图片描述以无符号数形式打印,无原码补码反码概念,该补码就是打印出的数字

例3:
在这里插入图片描述例4:

int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0;i < 1000;i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d", strlen(a)); //255
	return 0;
}

当a[i]到第255个数字时停止,因为i到254时a[i]为0,即\0
在这里插入图片描述

三、浮点型在内存中的存储

1.举一个浮点数存储的例子:
在这里插入图片描述2.浮点数存储规则:
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)^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。

举例来说:
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。
然后,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。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)

下面,让我们回到一开始的问题:为什么 0x00000009 还原成浮点数,就成了 0.000000 ?
首先,将 0x00000009 拆分,s=0,E=00000000 ,最后23位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。
由于指数E全为0,所以符合上一节的第二种情况。因此,浮点数V就写成:
V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2(-126)=1.001×2(-146)
显然,V是一个很小的接近于0的正数,所以用十进制小数表示就是0.000000。
第二部分:9.0 -> 1001.0 ->(-1)01.00123 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130
那么,第一位的符号位s=0,有效数字M等于001后面再加20个0,凑满23位,指数E等于3+127=130, 即10000010。
所以,写成二进制形式,应该是s+E+M,即0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
这个32位的二进制数,还原成十进制,正是 1091567616

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