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前言
C语言中数据储存是非常重要的,如果对它有着更深刻的理解,在我们后续的C语言学习中肯定是是非常有帮助的。下面就由我来为大家介绍一下C语言中的数据储存。
正文
一、数据类型介绍
在C语言中,数据的基本内置类型如下表:
1.整型family
char—>为什么我们的字符类型char也属于整型家族呢?那是因为在C语言中,对字符的储存的通过将字符转换成对应的ASCII码值实现的。而我们的ASCII码属于整型,所以字符类型也属于整型。
在整型家族中,char类型是属于比较特殊的一类,因为在不同的编译器中,char在不声明是否有符号的情况下,char可能为有符号类型或者无符号类型。
int—>整型
long—>长整型
long long—>更长的整型
2.浮点型family
float—>单精度浮点型
double—>双精度浮点型
3.构造类型
—> 数组类型
—> 结构体类型 struct
—> 枚举类型 enum
—> 联合类型 union
4.指针类型
—> int *pi
—> char *pc
—> float* pf
—> void* pv
5.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。
二、整型提升
讲到整型家族呢,就不得不提一下整型提升了。
C语言的整型算术运算总是至少以缺省整型类型的精度来进行的。 为了获得这个精度,表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型,这种转换称为整型提升。
eg1.
想必这道题大家肯定一眼就能看出答案了吧!但是呢,它并不是通过简简单单地-2加上5得到的。下面就来讲解一下整型提升具体是怎么操作的。
通过上述例子我们不难发现:
正数的整型提升为:将补码(源码)符号位的左边全部用0补充。
负数的整型提升为:先将源码转化为补码,在符号位的左边用1补充。
三、整形在内存中的存储
我们都知道,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变量类型而决定的。那么变量是如何储存的呢?
计算机中整数有三种表现形式,即源码、反码、补码。对于整数而言,储存在内存中的即是补码。
三种表现形式均由符号位与数值位构成,符号位是由整数二进制表示中最高位决定的。最高位为1即为负数;为0即为正数。
1.源码、反码、补码
源码:将整数按照正负数形式翻译为二进制表达即可。
反码:源码的符号位不变,数值位按位取反即得到反码。
补码:将反码加1即可得到。
Tips:正数三码均相同;负数的补码需要以上步骤得到。
eg.
由此我们可以看出计算机中储存的为补码,上面例子中只有两个数(10和-10)的补码相加才会得到0。
question:为什么整数储存在内存中的是补码?
答: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。
我们可以康康数据在内存中的储存:
当数据存在计算机中时,为了方便我们进行观察,采用的都是十六进制;
因为一个十六进制数字由4个bit位构成;所以两个十六进制数字就占用了一个字节;int类型占4个字节,即一个整型数字就由8个十六进制所组成
int a = 10,将它转化为十六进制为00 00 00 0a
int b = -10,将它转化为十六进制为FF FF FF F6(补码)
为什么在内存中a和b与我们自己转化出的十六进制数字不同呢?
这里就要谈到我们的大小端了
2.大端小端介绍
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。
上面所使用的vs所采用的是小端储存,这就是为什么刚才所看到的a和b在内存中的顺序跟我们写出来的不一样。目前大多数编译器采用的均为小端储存。
question:为什么会有大小端储存模式?
答: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。
3.整型数据储存范围
char—>前面我们说到过,char在不标明signed或者unsigned的情况下,一般是由编译器决定的。
signed char—>储存范围为-128~127
unsigned char—>储存范围为0~255
对于unsigned char呢,因为他是无符号的char,所以最右边的符号位变成了数值位,最大数就是11111111,也就是255。
同样的方法就可以算出其他类型的数据范围了,这里就不给大家一一列举了,直接上范围。
像short、int、long、long long这些,一般在不标明unsigned的情况下都是signed。
(signed)short—> -2^15 ~ 2^15 - 1
unsigned short—> 0 ~ 2^16 - 1
(signed)int—> -2^31 ~ 2^31-1
unsigned int—> 0 ~ 2^32 - 1
四、浮点在内存中的储存
各位我知道你们很急,但是先别急(doge),我们先看一个题吧。各位带佬们不妨猜猜输出结果是什么(坏笑)
好的,就先不给各位绕关子了,来!上答案!
惊不惊喜!意不意外!要想知道为啥是这个结果呢各位老铁就先往下看哈,待会儿我们再来讲解。
对于浮点型的储存呢,根据国际标准IEEE(电气和电子工程协会)754
(ps:浮点数的储存不是补码形式)
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。
例如:7.0和-7.0
5.0的二进制即为 111.0
相当于 (-1)^0 * 1.11^ * 2^2
就可以得出S=0; M=1.11; E=2.
-5.0的二进制为 -111.0
相当于 (-1)^1 * 1.11^ * 2^2
得出S=1; M=1.11; E=2.
IEEE 754对M和E呢,还有着一些特殊的规定:
对于M:
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。
EEE 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。
那么现在我们就可以表示出上面内存中存放的的7.0和-7.0了
7.0的S部分为0;M为1.11,去掉整数部分后为11;E为2,但是在存的时候要加上127,即存129;
故7.0—>0 100000001 11000000000000000000000
-7.0—>1 100000001 11000000000000000000000
讲了存放,现在我们继续了解从内存中取出,共有三种情况:
第一: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前加上第一位的1。
第二: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。
第三: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)。
好的,浮点型的存储就讲到这里了,下面我们来康康前面提到的例题:
首先,n是以整型的方式存入内存的,所以它是
00000000000000000000000000001001
来到第53行,n被强制转换为float类型并且放入浮点型指针 pFloat 中
54行,尽管n被强制转换为了浮点型,但是读取的时候是以%d的形式,所以输出的是9;
55行,将n以浮点型的方式输出,在计算机的眼中,n储存的形式就是
0 00000000 00000000000000000001001
这时E全为0,按照上面的读取规则,输出就是0.000000;
来到第56行,将一个浮点数9.0存入,那么它在内存中的形式就是
9.0—>1001.0—>1.001 * 2^3—>S=0;M=001;E=3+127=130;
—>0 10000010 0010000000000
57行将这个数以%d的形式输出,取出时按整型取出,所以输出时数字非常大,我们可以康康进制转化的结果。
总结
以上内容呢就是数据储存的内容了,希望能够帮助到像我一样还在学习中的小伙伴,当然如果有写的不好的地方呢还请各位带佬指正哈,目前我也是菜鸟一枚,希望能够跟各位一起进步。酸Q了(鞠躬)。