C语言——数据在内存中的存储

发布于:2024-04-28 ⋅ 阅读:(24) ⋅ 点赞:(0)

大家好,今天和大家来聊一聊数据是如何在内存中存储的,大家记得三连支持一下哦!

96723d0cb6eb4f8b989006c2f7123b15.jpeg

一、整数在内存中的存储

整数在内存中的存储,其实在操作符一期文章中我们就已经说过了.即:

1.整数的2进制表⽰⽅法有三种,即原码、反码和补码
2.三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”,⽽数值位最⾼位的⼀位是被当做符号位,剩余的都是数值位。

3.正整数的原、反、补码都相同。
4.负整数的三种表⽰⽅法各不相同。
5.原码:直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。
  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。
6.对于整型来说:数据存放内存中其实存放的是补码。

这一部分内容在操作符详解一文中有详细解释,小伙伴们可以去看哦

CSDN

二、⼤⼩端字节序和字节序判断

在了解整数在内存中的存储之后,我们通过调试来观察整数在内存中的存储。如:

45e286a91b0c46be984a5e866081c1d2.png

我们可以看到i确实存储到内存中了,但是确实倒着存储到内存中的,这是为什么呢?

这个时候我们就要来了解一下大小端了.

1.什么是大小端

说的通俗一点,大小端其实就是数据在内存中的存储顺序。其实超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候,就有存储顺序的问题,按照不同的存储顺序,我们分为⼤端字节序存储和⼩端字节序存储。

⼤端(存储)模式:是指数据的低位字节内容保存在内存的⾼地址处,⽽数据的⾼位字节内容,保存在内存的低地址处。
⼩端(存储)模式:是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处,⽽数据的⾼位字节内容,保存在内存的⾼地址处。

什么意思呢?我们来看例子:f91ef147ca1d4c5283740a834bc036ee.png

2.为什么有⼤⼩端?

存储方式为什么不统一,还要分大小端存储呢?

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8bit位,但是在C语⾔中除了8bit的char之外,还有16bit的short 型,32bit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.判断大小端

上面我们是通过调试来观察到在VS环境下数据是按照小端进行存储的。那么可不可以不调试,通过代码来判断呢?答案是可以的。

08290504db084998929ab9ed23c082ff.png

我们可以看到确实是小端存储,那这个是怎么判断的呢?下面我们来分析一下这段代码。

713d74ea96864061998bb2973abc2150.png

下面我们再来看另一种判断方法:

这个又是怎么实现的呢?我们再来分析一下。

以上就是判断大小端存储的两个常见的方法了。

三、浮点数在内存中的存储

在了解完整型在内存中的存储之后,下面我们就要来聊一聊浮点数在内存中的存储了。它们会有什么不同呢?我们先来看一段代码:

这段代码中i 和 *pi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?

这是因为整数和浮点数在内存中的存储是有很大不同的。下面我们就来具体介绍浮点数是如何存储的。

1.浮点数的存储

我们先来了解一下IEEE二进制浮点数算术标准(IEEE 754)

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:

V=(-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,M是⼤于等于1,⼩于2的
2^E表⽰指数位

我们来看一个例子:

IEEE 754规定:

对于32位的浮点数,最⾼的1位存储符号位S,接着的8位存储指数E,剩下的23位存储有效数字M;

对于64位的浮点数,最⾼的1位存储符号位S,接着的11位存储指数E,剩下的52位存储有效数字M。

当然都是以2进制的形式存储。

浮点数丢失精度问题:

上面我们提到10进制浮点数要转化为2进制浮点数,并用科学计数法表示,但是有的时候转化完会是小数位很多或者是循环小数,这就会是M和E的位数太多存不下,导致浮点数的精度丢失,由于double类型存储M和E的位数比float多,所以精度要比float高,但也存在精度丢失问题。

2.浮点数存的过程

上面我们介绍了浮点数是如何存储到内存中的,其实IEEE 754对有效数字M和指数E,还有⼀些特别规定:

1.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。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。

2.对于E:

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。

3.浮点数取的过程

1.E不全为0或不全为1

当E不全为0或不全为1时,就要用以下规则: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。

如:

2.E全为0

当E全为0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。

3.E全为1

当E全为1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)。

好了,在了解完浮点数的存储后我们再来解决开头的问题:

下面我们来分析一下:

好了以上就是本篇文章的全部内容了,感谢大家的观看,创作不易,三连支持一下呀!

812dd1a160274e53b45d2b148cd7ba71.gif


网站公告

今日签到

点亮在社区的每一天
去签到