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[C++知识库]【C语言进阶】整型数据在内存中的存储


一、数据类型分类

  • 整型
char:
 unsigned char              //无符号字符型(字符的ACSII值)
 signed char                //有符号字符型
short:
 unsigned short [int]       //无符号短整型
 signed short [int]         //有符号短整型
int:
 unsigned int               //无符号整型
 signed int                 //有符号整型
long:
 unsigned long [int]        //无符号长整形
 signed long [int]          //有符号长整型

unsigned与signed的区别:
signed:声明有符号类型的整数类型。
在计算机中的的表示方法:计算机用补码表示有符号数。正数的补码是其本身;负数的补码为负数的绝对值得各个位取反加1。
unsigned:声明无符号的整数类型。
在计算机中的的表示方法:计算机用原码表示无符号数。无符号数默认为正数n;无符号数没有符号位,无符号数最小值为0,最大值为其所占的位数全为1时的值。

注意:对于short、int、long类型,默认情况下, 都是有符号(signed)类型。而对于char类型,char默认情况下是哪种类型取决于编译器。

  • 浮点类型
float          //单精度浮点型
double         //双精度浮点型
  • 构造类型
> 数组类型
> 结构体类型 struct
> 枚举类型 enum
> 联合类型 union
  • 空类型
void          //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。
  • 指针类型
int *pi;       //整型指针
char *pc;      //字符型指针
float* pf;     //浮点型指针
void* pv;      //空类型指针

提问:数据在内存中以何种形式存储,占多大内存空间?

二、整型数据在内存中的存储

整形数据在内存中的存放形式是以补码表示的。

提问:什么是补码?

  • 原码、反码、补码

机器数:一个数在计算机中的存储形式是二进制数,我们称这些二进制数为机器数,机器数是有符号数,在计算机中用机器数的最高位存放符号位,0表示正数,1表示负数。
机器数的真值:因为带有符号位,所以机器数的形式值不等于其真值,以机器数1000 0111为例,其真正表示的值为-7,而形式值为135。将带符号的机器数的真正表示的值称为机器数的真值。
原码:原码的表示与机器数真值表示的一样,即用第一位表示符号,其余位表示数值。
反码:正数的反码是其原码本身;负数的反码是在其原码的基础上,符号位不变,其余各位取反。
补码:正数的补码是其原码本身;负数的补码是在其反码的基础上加1。

提问:为什么整型数据存放在内存中的是补码?而不是原码或者反码?

在解决这些问题前,我们先来了解计算机的底层概念,我们人脑可以很轻松的知道机器数的第一位是符号位,但对于计算机基础电路设计来说判别第一位是符号位是非常难和复杂的事情,为了让计算机底层设计更加简单,人们开始探索将符号位参与运算,并且采用只保留加法的方法,因此有了补码的出现,让符号位也参与运算,在存储数据的时候,只需要将原码转化为补码,这样让计算机运算就更加简单了。

举例:变量a和b在内存中的存储:
在这里插入图片描述
提问:由此可见,变量a和b在内存中的确是以十六进制的补码形式存储的,但是为什么顺序不太对劲?

三、大小端字节序

  • 什么是大端小端?

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。

举例:12的大端小端存储
在这里插入图片描述

  • 为什么会有大端和小端两种存储模式?
  • 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的char之外,还有16 bit的short型,32 bit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是大端模式还是小端模式。

面试题举例
设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

  • 思路:由于编译器读取数据是从低地址向高地址按字节读取的,因此,我们只需要取出1的第一个字节(即char类型的大小)的数据,如果等于1,即为小端存储;如果等于0,即为大端存储。

代码展示:

#include<stdio.h>
int judge()
{
	int i = 1;
	return (* (char*)&i);
}
int main()
{
	int ret = judge();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");

}
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加:2022-09-30 00:33:07  更:2022-09-30 00:36:07 
 
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