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[C++知识库]C语言:数据在内存中的存储

1.数据类型介绍

2.整形在内存里面的存储(原码/反码/补码)

3.大小端字节序介绍

4.浮点数类型在内存的存储

一.数据类型的介绍

char? ? ? ? ? ? //字符数据类型? 1byte

short? ? ?? ? ?//短整形? 2byte

int? ? ? ?? ? ? //整形? 4byte

long? ? ? ? ?//长整型 4/8byte

long long //更长整形? 8byte

float? ? ? ? //单精度浮点型? 4byte

double? ? //双精度浮点型? 8byte

?类型意义:

? ? ? ? 1.使用这个类型开辟内存空间的大小

????????

?

从调试内存中 可以看到这些数据类型对应使用的内存空间大小 内存中显示的叫做字节序 用通俗一些的理解就是1个二位数为1个字节序 采用16进制显示 如果使用二进制来显示内存的数据内容,那将会需要很大一片显示空间 对显示器大小要求高! 所以采用16进制是非常好的一个选择 从这就可以看出来一个数据类型可以使用多少内存空间 与它所存的数值无关而是类型大小则决定了这个类型可以使用的内存范围

? ? ? ??2.如果看待内存空间的视角?

通过上面的变量创建我们还可以看的出来,根据变量创建的先后顺序,内存的使用都是由高到低,计算机内存的使用规则都是先使用高地址空间,再使用低地址空间

内存的空间是连续的!

①.类型的基本归类:

整形家族:

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:

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.整形在内存里面是怎么存储的?

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
那么整形是怎么进行储存的呢?
比如:
int a = 10;
int b = -10;
想知道整形是怎么在内存里进行存储的,那么就必须要知道一个概念

原码、反码、和补码

计算机中的整数有三种表示形式:就是原码/反码和补码

三种表示方法都有共同点就是符号位和数值位两部分,符号位是用0来表示"",?1?用来表示"负"

而数值位的话 如果是正整数,那么它的原码反码补码相同

如果是负整数的话 那么它的原反补码是有差别的

负数的三种表示方法:

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。

对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码。

因为在计算机系统中,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

?

我们看一下内存中的数据

?

可以看到所有整形类型存放的都是补码,但是数据的存放却是倒过来的 这个就涉及大小端概念

大小端介绍

?什么是大端和小端

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。

?为啥会有大小端概念?

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8 bit 。但是在 C 语言中除了 8 bit char 之外,还有 16 bit 的short型, 32bit 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 short 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。

浮点型在内存中的存储:

?一个例子:

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;
}

程序的打印结果为:

通过这个程序可以证明,浮点数和整数在内存中的存入与输出,是不一样的!

浮点数的存储规则

num *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?
要理解这个结果,一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。
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=0V为正数;当s=1V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
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 8 位,它的取值范围为 0 255 ;如果 E 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 E 10 ,所以保存
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:
0.51/2)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023
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);

这就是关于数据在内存中存储的所有知识点啦~欢迎补充~?

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