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这次的内容是比较底层的奥,对于理解编程很重要~

整数浮点数在内存中的存储

一、 整数在内存中的存储二、大小端字节序和字节序判断大小端的概念一道简单关于大小端排序的百度面试题

三、简单理解数据类型存储范围例一例二例三例四例五例六

四、 浮点数在内存中的存储1、关于有效数字M2、关于指数E

一、 整数在内存中的存储

详情请见拙文 【C语言】中的位操作符和移位操作符,原码反码补码以及进制之间的转换 其中详细介绍了整数在内存中的存储是依靠原反补码存储实现的

二、大小端字节序和字节序判断

首先声明我使用的编译器是vs2022,大小端存储取决于编译器的类型,不同编译器的存储数据是大端还是小端可能会有所不同 我们先来看一下这个

#include

int main()

{

int a = 0x11223344;

return 0;

}

调试 框中输入&a,得到a中存储的数据时44332211,这里我们会有疑问:为什么不是11223344呢,怎么会是倒着存储的呢?

大小端的概念

大端存储: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: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

一道简单关于大小端排序的百度面试题

#include

int func()

{

int i = 1;

return (*(char*)&i);

}

int main()

{

int ret = func();

if (ret == 1)

{

printf("⼩端\n");

}

else

{

printf("⼤端\n");

}

return 0;

}

这个程序可以判断你使用的机器的字节序是大端还是小端

三、简单理解数据类型存储范围

例一

我们知道每一个数据类型都有其对应的存储数据的范围,而这个数据类型为什么会是这样的范围,下面一个例题我们来讲到

#include

int main()

{

char a = -1;

signed char b = -1;

unsigned char c = -1;

printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);

return 0;

}

signed char类型的范围是-128~127 unsigned char类型的范围是0~255 我们直接看结果: 这里通过观察我们可以发现我所使用的vs2022编译器中char默认为signed char ,而且-1的unsigned char 输出结果为255,这是因为我们计算机在存储数据时是以下图来进行存储的:

我们把这个圆看作是一个钟表,数据在进行加一时,表针顺时针移动,指向下一个数字,再进行减一时,表针逆时针移动,指向上一个数字,那么在因为在unsigned char中,-1是没有定义的,它就会等于0-1,即零逆时针移动一个数字,即255 当然这些数字是二进制存储的,我用十进制写出来是为了方便 同理,下面这个程序与上个程序道理相同:

#include

int main()

{

char a = -128;

printf("%u\n", a);

return 0;

}

例二

#include

int main()

{

char a = 128;

printf("%u\n", a);

return 0;

}

这个结果是怎么来的呢,我们逐步分析一下 首先char 类型的-128的二进制:10000000 00000000 00000000 10000000,char类型在存储时使用一个字节也就是8bit,存入a的数据是10000000,打印一个%u也就是无符号整型,此时我们要先进行整型提升,第一位不被认为是符号位,变成11111111 11111111 11111111 10000000,也就是上图所示的数字

例三

我们把数字稍微改一下,改成无符号的128

#include

int main()

{

char a = 128;

printf("%u\n", a);

return 0;

}

我们发现结果相同,这是为什么呢?我们一步一步来验证一下: char类型的128的二进制为00000000 00000000 00000000 10000000,存入a的数据为100000000,当过程进行到这里我们发现了a的数据是相同的,后边的步骤也是相同的,因为是无符号整数,所以先整型提升并且第一位不为符号位,补第一位,变成11111111 11111111 11111111 10000000,即相同数字,这告诉我们:在char的内存当中-128与128是等价的,当然char类型范围中没有128,这就避开了两者相同的尴尬情况

例四

#include

int main()

{

char a[1000];

int i;

for (i = 0; i < 1000; i++)

{

a[i] = -1 - i;

}

printf("%d", strlen(a));

return 0;

}

这个题的本质与例一相同,char 类型的取值范围为-128~127 因为 ‘\0’ 的ASCII码值为0,所以在a[i]第一次为0时strlen会检测到 ‘\0’ 并终止执行,所以最终的结果便是255

例五

#include

unsigned char i = 0;

int main()

{

int count = 0;

for(i = 0; i <= 255; i++)

{

count++;

}

printf("%d", count);

return 0;

}

这个程序是一个错误程序,在vs2022被禁止生成,因为这是一个无线循环的程序,原理还是与例一相同,就是在i++直到i=255时,再++一次i又会变成0,无限循环。

例六

这是一个很有意思的程序,在vs上不能运行,三十二位小端字节序条件下

#include

int main()

{

int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };

int* ptr1 = (int*)(&a + 1);

int* ptr2 = (int*)((int)a + 1);

printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);

return 0;

}

第一项毫无疑问是a[4]的值 第二项是a[1]地址转化成整形然后加1

四、 浮点数在内存中的存储

根据国际标准IEEE,任意⼀个⼆进制浮点数V可以表示成: 对于32位的浮点数,即float,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,即double,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

1、关于有效数字M

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位有效数字可以使结果精确一些,并且裁掉了冗余的占用内存的行为

2、关于指数E

E为无符号整数,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

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

当E全为1时,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)

今天的分享就到这了~ 感谢观看 ~

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