C语言的深入——数据存储篇

从本文开始，进入下一个单元，在此后的几篇博文，将深度解析C语言的一些难点与重点，也是为以后的C++学习打基础的过程
作者：小 琛
欢迎转载，请标明出处。

整形的存储

我们知道，整形有如下内容：

char //字符数据类型
short //短整型
int //整形
long //长整型
long long //更长得整形

在此基础上，还有相对应得指针内容。
而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类型而决定的。
例如有：
int i=20;
int j=-10;
这两个变量在内存中是如何存储得呢？

源码、反码、补码

这里就要引入三个概念：源码、反码、补码
这三个概念有相同处：都有符号位和数值位两部分，其中0代表正1代表负，而也有不同之处如下
原码
直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。
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了。
补码
反码+1就得到补码。
计算机对于数据的存储是以补码的形式，其中正数的源码反码补码都是其本身
而对于上面的例子 j=-10;我们可以来实际转换一下
源码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101
补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110
结合i=20；其补码源码反码相同为：
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100
倘若运算i+j；则是补码进行运算结果为：
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
而要得到该数据本身的值，则逆推整个过程
判断符号位是0，代表正数，则源码就是补码，转换为10进制为10，运算完成。

大端、小端

在该大标题下我们还需要了解一个内容：大端和小端
什么是大端和小端：
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。
方便记忆:
大端：低地址存放高数据
小端：低地址存放低数据
一道面试问题：如何判断大小端
代码：

#include <stdio.h>
int check_sys()
{
	int i = 1;
	return (*(char *)&i);
}
int check_sys1()
{
	union
	{
		int i;
		char c;
	}un;
	un.i = 1;
	return un.c;
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端n");
	}
	else
	{
		printf("大端n");
	}
	return 0;
}

难点：浮点型数据的存储

这里先看一个例子，分析输出结果：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;
	float *pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为：%dn", n);
	printf("*pFloat的值为：%fn", *pFloat);
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值为：%dn", n);
	printf("*pFloat的值为：%fn", *pFloat); 
	return 0;
}

其结果如下：

num和*pFloat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？
要搞明白这个问题，必须要把浮点数的储存搞清楚。
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*2E
·(-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。
例如十进制的5.0，按照如上公式去写：
5.0的二进制位0101.0，为正数，则s=0；而M为1.01；指数是2^2，则E为2
综合：-1^0 * 1.01 * 2 ^2
但注意这并不是最终版本

接下来我们深入内存，用图讲述储存的真实情况：


通过上图我们可以清晰的明白其储存，但这里有几点非常重要：

1、上面我们提到，对于有效数字，范围是>=1且<2，也就是说，有效数字永远是1.xxxx，因此，IEEE754组织规定，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，这样可以提高内存利用率
2、对于指数E，比较复杂一些，E为一个无符号整数，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。但我们都知道，指数的E是有负值存在的！ 因此IEEE754组织规定，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。
3、当E全为0时，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；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）。

有了这些基础，我们重新看开头的代码
1、首先解释，当把整形的数据强行转为浮点型，为什么会是0.00000.
由上述的分析，对于9，二进制：
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
倘若把它转为浮点型，结合浮点型的存储规律得：符号位是0，指数位是：
0000 0000，有效数字位（加1后）：1.00000000000000000001001
也就是说最后运算为：-1^0 * 1.00000000000000000001001* 2^-127
很明显是一个无限接近于0的小数，结合上述第三条，得到0.000000
2、其次就是为什么将其修改为9.0再以%d输出会出现1091567616
我们再次进入分析，对于9.0的二进制：
1001.0，有效位1.001*2^3,而因为是正数，符号位为0，指数位为：3+127
二进制是：1000 0010‬
因此内存中应当为：0 10000010 00100000000000000000000
而现在以整数输出，我们使用计算器来将该值转换为10进制


很明显，符合推理。

到这里，C语言深入的第一节就讲述完成，感谢浏览

最后

以上就是傲娇大叔为你收集整理的C语言的深入——数据存储篇的全部内容，希望文章能够帮你解决C语言的深入——数据存储篇所遇到的程序开发问题。

如果觉得靠谱客网站的内容还不错，欢迎将靠谱客网站推荐给程序员好友。