如何分析C語(yǔ)言數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

如何分析C語(yǔ)言數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來(lái)學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

數(shù)據(jù)類型的介紹

數(shù)據(jù)類型存在的意義

• 為變量開(kāi)辟的空間大?。ù笮Q定了使用范圍）

• 取數(shù)據(jù)的時(shí)候按照什么格式取出（先看大小端，在看數(shù)據(jù)類型（用來(lái)解析二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方式））

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]

注意：默認(rèn)的char，short，int 在VS都是signed

……

浮點(diǎn)型

float

double

構(gòu)造類型

數(shù)組

結(jié)構(gòu)體

枚舉

聯(lián)合體

指針類型

int* pi;

char* pc;

void* pv;

void空類型

void 表示空類型，沒(méi)有給定類型

通常應(yīng)用于指針類型

整數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

我們都知道 int類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中被分配了四個(gè)字節(jié)的空間，那么他們?cè)趦?nèi)存中如何存儲(chǔ)呢？

int a = 20;

int b = -10;

原反補(bǔ)的介紹

計(jì)算機(jī)中的整數(shù)有三種表示方法，即原碼、反碼、補(bǔ)碼

原碼：直接將十進(jìn)制按照正負(fù)數(shù)的形式翻譯成二進(jìn)制就可以

反碼：將原碼的符號(hào)位不變，其他位取反即可得到

補(bǔ)碼：反碼 + 1

注意：整數(shù)的 原反補(bǔ) 相同

對(duì)于整形數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，在內(nèi)存中存的其實(shí)是補(bǔ)碼，為什么？

使用補(bǔ)碼，可以將符號(hào)位和數(shù)值域統(tǒng)一處理，同時(shí)，加法和減法可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器），不需要額外的硬件電路，減少了開(kāi)銷

看看變量在內(nèi)存中的存儲(chǔ)：

我們會(huì)看到a,b存儲(chǔ)的是補(bǔ)碼，但是字節(jié)的順序有點(diǎn)有對(duì)，這就是整形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大小端問(wèn)題，也叫字節(jié)序問(wèn)題

大小端的介紹

大端存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址中

小端存儲(chǔ)：指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位,，保存在內(nèi)存的高地址中

存在的原因：

我們都知道在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都是以字節(jié)為單位的，每個(gè)地址單元管理一個(gè)字節(jié)的空間大小，但是在C語(yǔ)言中如 int 有4字節(jié)等，所以對(duì)于32位或者64位的處理器來(lái)說(shuō)，就必然存在著4個(gè)字節(jié)的排放順序，因此就出現(xiàn)了大小端存儲(chǔ)的問(wèn)題，也成為字節(jié)序問(wèn)題，上述代碼就是小端存儲(chǔ)（VS底下的代碼）

面試?yán)}

百度2015年系統(tǒng)工程師筆試題：

請(qǐng)簡(jiǎn)述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設(shè)計(jì)一個(gè)小程序來(lái)判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序。

// 代碼1 - 利用char類型的指針一次訪問(wèn)一個(gè)字節(jié)的特性
#include <stdio.h>
int check_sys()
{
	 int i = 1;
	 return (*(char *)&i);
}
int main()
{
	 int ret = check_sys();
	 if(ret == 1)
	 {
	 	printf("小端\n");
	 }
	 else
	 {
	 	printf("大端\n");
	 }
 	return 0; 
 }
 
//代碼2 - 聯(lián)合體
int check_sys()
{
	 union
	 {
		 int i;
		 char c;
	 }un;
	 
	 un.i = 1;
	 
 	return un.c; 
 }

練習(xí)

1.
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0; 
}

2.
	int i= -20;
	unsigned  int  j = 10;
	printf("%d\n", i+j);

// 這里就是i+j是個(gè)表達(dá)式，先算表達(dá)式的值，在%d打印
// 表達(dá)式計(jì)算的時(shí)候是基于補(bǔ)碼進(jìn)行的，跟類型是無(wú)關(guān)的
// 11111111 11111111 11111111 11101100
// 00000000 00000000 00000000 00001010
// -------------------------------------+
// 11111111 11111111 11111111 11110110  - 計(jì)算后的補(bǔ)碼
// 10000000 00000000 00000000 00001010  - 最后結(jié)果-10

3.
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
    {
        a[i] = -1-i;
    }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0; }

補(bǔ)充

• 存：字面數(shù)據(jù)必須先轉(zhuǎn)成補(bǔ)碼，在放入空間當(dāng)中。所以,所謂符號(hào)位，完全看數(shù)據(jù)本身是否攜帶±號(hào)。和變量是否有符號(hào) 無(wú)關(guān)！

• ?。喝?shù)據(jù)一定要先看變量本身類型，然后才決定要不要看最高符號(hào)位。如果不需要，直接二進(jìn)制轉(zhuǎn)成十進(jìn)制。如果需 要，則需要轉(zhuǎn)成原碼，然后才能識(shí)別。(當(dāng)然，最高符號(hào)位在哪里，又要明確大小端)

浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

3.14159，1E10(1^10)都是我們常見(jiàn)的浮點(diǎn)數(shù)，而C語(yǔ)言中定義的浮點(diǎn)數(shù)有float和double常見(jiàn)的兩種類型，兩種類型范圍被定義在頭文件float.h中

存儲(chǔ)規(guī)則講解

看上面代碼，我們很容易發(fā)現(xiàn)num和*pfloat在內(nèi)存明明訪問(wèn)的是同一塊空間，為什么浮點(diǎn)數(shù)和整數(shù)的解讀差別這么大呢，下面我們講講浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)規(guī)則。

國(guó)際IEEE(電氣和電子工程協(xié)會(huì))754規(guī)定，任何一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V都可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2^E

• (-1)^S表示符號(hào)位，S=0時(shí)，表示正數(shù)；S=1時(shí)，表示負(fù)數(shù)

• M表示有效數(shù)字，1 <= M <2

• E表示指數(shù)位

舉例

十進(jìn)制5.0，寫(xiě)成二進(jìn)制101.0，科學(xué)計(jì)數(shù)法：1.01 * 2^2

S = 0,M = 1.01,E = 2

十進(jìn)制的-5.0，寫(xiě)成二進(jìn)制是 -101.0 ，相當(dāng)于 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，E=2

IEEE754的特別規(guī)定

有效位M

前面說(shuō)過(guò)， 1 <= M < 2 ，也就是說(shuō)，M可以寫(xiě)成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小數(shù)部分。

IEEE754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存M時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的時(shí)候，只保存01，等到讀取的時(shí)候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節(jié)省1位有效數(shù)字。以32位浮點(diǎn)數(shù)為例，留給M只有23位，

將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數(shù)字。

指數(shù)E

至于指數(shù)E，情況就比較復(fù)雜。

首先，E為一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)（unsigned int）

這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0255；如果E為11位，它的取值范圍為02047。但是，我們 知道，科學(xué)計(jì)數(shù)法中的E是可以出

現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內(nèi)存時(shí)E的真實(shí)值必須再加上一個(gè)中間數(shù)，對(duì)于8位的E，這個(gè)中間數(shù) 是127；對(duì)于11位的E，這個(gè)中間

數(shù)是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，必須保存成10+127=137，即 10001001。

E取出分為三種情況

• E不全為0或不全為1

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計(jì)算值減去127（或1023），得到真實(shí)值，再將 有效數(shù)字M前加上第一位的1。 比如：

0.5（1/2）的二進(jìn)制形式為0.1，由于規(guī)定正數(shù)部分必須為1，即將小數(shù)點(diǎn)右移1位，則為

1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為 01111110，而尾數(shù)1.0去掉整數(shù)部分為0，補(bǔ)齊0到23位00000000000000000000000，

則其二進(jìn)制表示形式為: 0 01111110 00000000000000000000000

• E全為0

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實(shí)值，

有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。

這樣做是為了表示±0，以及接近于 0的很小的數(shù)字。

• E全為1

這時(shí)，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無(wú)窮大（正負(fù)取決于符號(hào)位s）；

案例

int main()
{
	int n = 9;
	float *pFloat = (float *)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);


	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);

	return 0;
}

float用%d打印的特例講解

這里我們會(huì)發(fā)現(xiàn)%d打印浮點(diǎn)數(shù)的時(shí)候結(jié)果為0

而%lld打印的結(jié)果和double存儲(chǔ)變量的結(jié)果一樣的

原因：

在可變長(zhǎng)參數(shù)函數(shù)（例如printf函數(shù)）或者不帶原型聲明函數(shù)中，在調(diào)用該函數(shù)時(shí)C自動(dòng)進(jìn)行類型提升（在調(diào)用函數(shù)時(shí)如果聲明這個(gè)函數(shù)那么則不會(huì)提升），提升如下：

• float類型的實(shí)際參數(shù)將提升到double

• char、short和相應(yīng)的signed、unsigned類型的實(shí)際參數(shù)提升到int

• 如果int不能存儲(chǔ)原值，則提升到unsigned int 然后，調(diào)用者將提升后的參數(shù)傳遞給被調(diào)用者。

C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)默認(rèn)實(shí)際參數(shù)提升規(guī)則有明確規(guī)定。也就是說(shuō)， 帶有可變長(zhǎng)參數(shù)列表的函數(shù)，

絕對(duì)不會(huì)接受到char類型的實(shí)際參數(shù)。

看完上述內(nèi)容是否對(duì)您有幫助呢？如果還想對(duì)相關(guān)知識(shí)有進(jìn)一步的了解或閱讀更多相關(guān)文章，請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝您對(duì)億速云的支持。