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[C++知识库]2022.3.20数据在内存中的存储(进阶)

目录

基本数据的类型

?基本类型的归类

整型家族

浮点数家族

自定义类型

指针类型?

空类型

数据在内存中的存储

原码、反码、补码

大小端字节序存储介绍?

?浮点型在内存中的存储

引例:

浮点数存储规则


基本数据的类型

char? ? ? ? ? ? ? ? ?// 字符型? ??

short? ? ? ? ? ? ? ?// 短整型? ? ?

int? ? ? ? ? ? ? ? ? ?// 整型? ? ? ? ?

long? ? ? ? ? ? ? ?// 长整型? ? ??

longlong? ? ? ?// 更长的整型

float? ? ? ? ? ? ? //?单精度浮点型

double? ? ? ? ? // 双精度浮点型

各类型所占字节如下图:


?基本类型的归类

整型家族

unsigned(表示无符号但不可省) signed(代表有符号且可省)?

注意:char作为字符类型,但存储的是字符的ASCII码值,ASCII码值是整数!?

对于char来说 char并不等价于 signed char, 其等价于无符号还是有符号类型是取决于编译器的!

char? ? ?--->? ? unsigned char? ? ? ? ?signed char

short? ? --->? ? unsigned short? ? ? ?signed short?

int? ? ? ? --->? ? unsigned int? ? ? ? ? ? signed int

long? ? --->? ? unsigned long? ? ? ? ?signed long

举个例子:

short b = - 2; (short类型 有符号?两个字节 16bit)

此时b的二进制为:

1000000000000010? ?(二进制最高位红1代表符号位)

Tips: 对于有符号类型 最高位为0表示正数,为1则表示负数。对于无符号类型,最高位为数据位!

浮点数家族

float

double

自定义类型

数组类型? (int arr [10]? ?—>? arr的类型为? int [10]?)

结构体类型 struct

枚举类型 enum

联合类型 union

指针类型?

int *pa;

char *pb

float *pf

void *pv

Tips:指针变量就是用来存放地址的!?

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;

举例:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>

void test(void)
{

}

int main()
{
	return 0;
}

数据在内存中的存储

原码、反码、补码

这三种码分为符号位和数值位两部分,符号位以0表示''正'',用1表示''负''!

负整数的原、反、补码各不相同:

原码

直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制。

反码

将原码的符号位你不变,其他位依次取反。

补码

在反码的基础上+1就是补码。

正整数的原、反、补码都相同。

举例:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>

int main()
{
	int a = 10; //正整型
   //  原码:00000000000000000000000000001010
   //  反码:00000000000000000000000000001010
   //  补码:00000000000000000000000000001010
	int b = -10;
   //  原码:10000000000000000000000000001010
   //  反码:11111111111111111111111111110101
   //  补码:11111111111111111111111111110110

	int c = a - b;  //注意 cpu只有加法
	//实质上是 a+(-b); 两数的补码相加
	// a的补码:00000000000000000000000000001010
	// b的补码: 11111111111111111111111111110110
	// c的补码:100000000000000000000000000000000
	// 因为整型只能存32个bit位,所以c的补码最高位的1被截掉 
	// c的补码:00000000000000000000000000000000
	// 最高位为0,原、反、补码相同 ,c的值为0
	return 0;
}

补充:


补充2:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>

int main()
{
	unsigned int ch = -10;
	printf("%u\n", ch);
	printf("%d\n", ch);
	return 0;
}

结果为:?

?原因如下:


补充3:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>

int main()
{
	signed char a = -1;
	unsigned char b = -1;
	printf("%d\n%d\n", a, b);
	return 0;

输出结果为:

解析如下:?


补充4:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>

int main()
{
	char a = -128;
	

	char b = 128;
	printf("%d\n%d\n", a, b);
	return 0;
}

输出为:

解析如下:


补充5:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = -20;
	unsigned int j = 10;
	printf("%d\n", i + j);
	return 0;
}

输出为:?解析如下:


补充6:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
int main()
{
	unsigned int i ;
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
	}
	return 0;
}

?输出为:(实际上为死循环)

?解析如下:


补充7:

int main()
{
	char a[1000];

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

输出为:

解析如下:


补充8:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	unsigned char i = 0;
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf(" hello !");
	}
	return 0;
}

输出结果:(死循环)

?解析如下:


大小端字节序存储介绍?

大端字节序存储:把一个数据低位字节处的数据存放在高位处,把高位字节处的数据存放在低地址处。

小端字节序存储:把一个数据低位字节处的数据存放在低位处,把高位字节处的数据存放在高地址处。

引例:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>

int main()
{
	int a = 0x11223344; //给整型变量a赋值一个十六进制数
	return 0;
}

我们进行调试,在内存窗口中查看a的地址,观察其存储的方式。

?观察结果如下图:

结论:

?此时采用的编译器 VS2019 使用的是 大端字节序存储


?浮点型在内存中的存储

引例:

#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("n的值为:%d\n", n);
	printf("* pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

输出结果为:

我们由此结果可得出结论:浮点数的存储方式跟整型的存储方式是不一样的!


浮点数存储规则

根据国际IEEE(电气和电子工程协会)754,任意一个二进制浮点数V可表示成下面形式:

  1. ?(-1)^S*M*2^E
  2. ? ?(-1)^S表示符号位,当S=0,V为正数;当S=1,V为负数
  3. ? ?M表示有效数字,大小等于1,小于2
  4. ? ?2^E表示指数位

举例:

Tips:当我们想保存3.14时,我们便以为小数点后只有两位十分容易保存,但对于我们的计算机来说是十分难以保存的,二进制小数点后 是以?2^-1开始 2^-2? 2^-3......这些值相加 来实现对小数的保存,为的就是让这些数加起来不断接近 0.14 这一值 !

此时当我们想保存一个浮点数时便可直接存储 S、?M、 E 这三个数值

对于 float 单精度浮点数类型 来说? ?S 占1个bit位? ?E 占8个bit位? ?M 占23个bit位

?对于double双精度浮点数 来说?S 占1个bit位? ?E 占11个bit位? ?M 占52个bit位

?IEEE?754对有效数宇M和指数E,还有一些特别规定

对于M来说:
1<M<2,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。

举例:

当我们存储1.1101的时候,只保存1101,等到读取时也便是还原成十进制浮点数时,再把第一位的1加上去。由此我们可以节省用来存储 M 的 一个bit位,以便提高精度!

对于E来说:
E是一个无符号整型?(unsigned?int)? 当 E 为8位,它的取值范围为0-255;当?E 为11位,它的取值范围为0-2047。但科学计数法中的 E 是可为负数的。

EEE?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

举例:

当 2^10 的E是10,要保存成32位浮点数时,便必须保存成10+127=137,即 10001001

由此我们试着存储单精度浮点数 5.5

?那当我们想把指数E从内存中取出来时呢?

我们可分成三种情况:

  1. E不全为0或不全为1

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加上第一位的1
举例:

? ? ?2. E全为0

规定 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,以及按近于0的很小的数字

? ? ?3.?E全为1

规定 有效数字 M 全为0,表示?± 无穷大(正负取决于符号位 S)


我们再次回到一开始引例,解析如下:


数据的存储内容就是这么多了,博主下期更指针进阶内容哦!

谢谢浏览,博主写文章不易,可以留下您的点赞,或收藏激励博主!

若文章有错误,请各大佬多多指出,我会及时更正!?

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