0基础数据在内存中的存贮保姆级教学(大小端存储,浮点数的存储逻辑)

发布于:2023-01-09 ⋅ 阅读:(506) ⋅ 点赞:(0)

目录

1.数据类型的介绍

1.1类型的分类

2.整形在内存中的存储

2.1原码 反码 补码

2.2大小端存储

3.浮点数在内存中的存储

3.1浮点数存储规则

E不全为0或不全为1

E全为0

E全为1

4.总结


1.数据类型的介绍

  • char        //字符数据类型
  • short       //短整型
  • int         //整形
  • long        //长整型
  • long long   //更长的整形
  • float       //单精度浮点数
  • double      //双精度浮点数

设计不同数据类型的意义:

  • 不同的类型决定其在内存中开辟中的大小(大小决定了使用范围)
  • 以及如何看待内存空间的视角

1.1类型的分类

整形: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: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) 什们类型都可以存放,但要取出必须强制类型转换后才能取出来
通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型

2.整形在内存中的存储

2.1原码 反码 补码

计算机中的整数有三种2进制表示方法,即原码、反码和补码。

三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位正数的原、反、补码都相同。负整数的三种表示方法各不相同。

数据在内存的存储都是都是补码,但是读取数据时都是看原码。

原码   直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。

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反码。

补码   反码+1就得到补码。

 在上图中a转变为16进制,是0x00000014,但在内存中存储是0x14000000,发现是以字节为单位反着在内存中存储,这时候介绍大小端存储

2.2大小端存储

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。

假设 int a=20;用16进制表示0x00 00 00 14,对于这个字节来说14相当于低位字节,(可以类比十进制比如123,这个3就是最低位,)而如果存放在内存中低字节存放在低地址,高字节存放在高地址处就叫做小端存储,相反就是大端存储。

练习题:

 请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序。(10分)

        所谓大端存储,就是把该数据的高字节处放在高地址处,低字节放在低地址处,小端存储就是将该数据的低位放在低地址处,高位放在高地址处。

小程序思路:因为1的数据为0x00000001,如果为小端存储第一位应该是1,而大端存储第一位应该是0,可以看返回值来看是属于什么存储方式。

3.浮点数在内存中的存储

3.1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。

例子:5.5     写成二进制位101.1 变为,1.011*2^2变为浮点数有为(-1)^0 * 1.011 * 2 ^ 2;

  

 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。

就是如上述例子5.5,就可以不加1,变为.011*2^2。

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。

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);

练习题:

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;
}

   

 可以通过分析int n = 9;在内存中00000000 00000000 00000000 00001001,

所以第一个printf()输出为9;

强制类型转换为float    0 00000000 00000000000000000001001  其中E都为0,表示0.00000000

而*float=9.0; 转换为2进制1001.0等于1.001*2^3,等于-1^0*1.001*2^3

S=0 ,  E   = 3+127   M=1.001在内存中存储为

0 10000010 00100000000000000000000

01000001000100000000000000000000

该数用%d打印该数为正数,就是补码直接算

4.总结

对于这些知识其实是c语言的内功,学校的老师不会讲这么深,有了内功,在看一些东西的内部逻辑,仿佛就变得轻而易举,让我们一起加油吧如果觉得不错,记得点一个小赞谢谢大家了。

 


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