C语言重难点进阶|数据的存储【C进阶】 c语言|数据类型|补码

文章目录

- - 1.大端存储和小端存储
  - - - 例题1：设计小程序判断当前机器是大端存储还是小端存储
      - 思考下整型数字10和-10是如何在计算机中存储的？
  - 2.程序分析集锦
  - - - 分析程序1
      - 分析程序2
      - 分析程序3
      - 分析程序4
      - 分析程序5
      - 分析程序6
      - 分析程序7
      - 思考在32位大端模式处理器上变量b等于？
      - 分析程序8
  - 3.浮点型的存取方式
  - - - 例题1:为什么是这个结果？
      - 浮点数“5.5"在计算机内部是如何存储的？
      - 例题2：分析下5.5的浮点型是如何存储的？
      - 有了这些基础，我们再来回到上边的例题1

1.大端存储和小端存储

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大端字节序：数据低位字节序内容放在高地址，数据高位字节序内容放在低地址；
小端字节序：数据低位字节序内容放在低地址，数据高位字节序内容放在高地址；

例题1：设计小程序判断当前机器是大端存储还是小端存储

int main() { int i = 1; //二进制为：0001 char *a = (char *)&i; if (*a == 1) printf("小端\n"); else printf("大端\n"); return 0; }

存储为0001，小端存储时便是1000，大端存储便是0001。
（char*）会强行截取内存低地址处第一位数字，若为1则为小段储存，0则为大端存储。

结果如下：

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思考下整型数字10和-10是如何在计算机中存储的？

int b = 10;

00000000000000000000000000001010
0000000a

int a = -10;

10000000000000000000000000001010-原码
11111111111111111111111111110101-反码
11111111111111111111111111110110-补码
FFFFFFF6

数据在内存中以2进制的形式存储
对于整数来说：
整数二进制有3种表示形式:原码、反码、补码
正整数：原码、反码、补码相同
负整数：原码、反码、补码要进行计算的
按照数据的数值直接写出的二进制序列就是原码
原码的符号位不变，其他位按位取反，得到的就是反码
反码+1，得到的就是补码
整数中在内存中存储的是补码

2.程序分析集锦
分析程序1

int main() { char a = -128; printf("%u\n", a); return 0; }

? 10000000000000000000000010000000
? 11111111111111111111111101111111
? 11111111111111111111111110000000-补码
? 10000000-截断,因为char类型只能存放8个比特位
? 11111111111111111111111110000000-整形提升，高位补1且无符号数不存在符号位

分析程序2

int main() { char a = -128; printf("%d\n", a); return 0; }

10000000000000000000000010000000
11111111111111111111111101111111
11111111111111111111111110000000-补码
10000000-截断,因为char类型只能存放8个比特位
11111111111111111111111110000000-整形提升
10000000000000000000000010000000-减一取反，得到原码

分析程序3

int main() { char a = 128; printf("%u\n", a); return 0; }

00000000000000000000000010000000 - 原返补相同
10000000-阶段
11111111111111111111111110000000—整型提升
4294967168
char类型计算机内部储存如下：

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分析程序4

int main() { int i = -20; unsigned int j = 10; printf("%u\n", i+j); //? return 0; }

-20原反补

10000000000000000000000000010100
11111111111111111111111111101011
11111111111111111111111111101100

10

00000000000000000000000000001010

加法运算

11111111111111111111111111101100
00000000000000000000000000001010
11111111111111111111111111110110 - 补码,但以%d形式打印，求下原码
11111111111111111111111111110101
10000000000000000000000000001010 -> 4294967168

分析程序5

int i=-20; unsigned j=10; if(i+j>0) { printf("大于0"); } return;

一定会输出大于0，因为有符号整型和无符号整型相加放入内存时，有符号整型会强制转换成无符号整型。

分析程序6

int main() { unsigned int i; for (i = 9; i >= 0; i--) { printf("%u\n", i); } return 0; }

i作为无符号数怎么变都是大于0，导致死循环。

分析程序7

int main() { unsigned char a = 200; unsigned char b = 100; unsigned char c = 0; c = a + b; printf("%d %d", a + b, c); return 0; }

答案：printf在传入参数的时候如果是整形会默认传入四字节，所以a+b的结果是用一个四字节的整数接收的，不会越界。而c已经在c = a + b这一步中丢弃了最高位的1，所以只能是300-256得到的44了。

由于printf是可变参数的函数，所以后面参数的类型是未知的，所以甭管你传入的是什么类型，printf只会根据类型的不同将用两种不同的长度存储。其中8字节的只有long long、float和double（注意float会处理成double再传入），其他类型都是4字节。所以虽然a + b的类型是char，实际接收时还是用一个四字节整数接收的。另外，读取时，%lld、%llx等整型方式和%f、%lf等浮点型方式读8字节，其他读4字节。

思考在32位大端模式处理器上变量b等于？

unsigned int a= 0x1234; unsigned char b=*(unsigned char *)&a;

答案：0x00，大端序中，低地址到高地址的四字节十六进制排列分别为00 00 12 34，其中第一个字节的内容为00，故选A

分析程序8

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

a是字符型数组，strlen找的是第一次出现尾零\0（即值为0）的位置。

考虑到a[i]其实是字符型，如果要为0，则需要-1-i的低八位要是全0，也就是问题简化成了“寻找当-1-i的结果第一次出现低八位全部为0的情况时，i的值”（因为字符数组下标为i时第一次出现了尾零，则字符串长度就是i）。

-1 -2 -3… -127 -128 127 126 …3 2 1 0（相当于\0结束标识符）

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3.浮点型的存取方式
例题1:为什么是这个结果？

int main() { int n = 9; //4byte float* pFloat = (float*)&n; printf("n的值为：%d\n", n); printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat); //以浮点数视角看 *pFloat = 9.0; printf("num的值为：%d\n", n); printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat); //9.0 return 0; }

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整型的形式放入，整型的形式取出，没问题；
整型的形式放入，浮点型的形式取出，有问题；
浮点型的形式放入，浮点型的形式取出，没问题；
浮点型的形式放入，整型的形式取出，有问题。
说明浮点数和整数在内存中存储的方式一定是有区别的。

根据IEEE标准，任何二进制浮点数可以表示为以下形式：

（-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，且小于2
2^E表示指数位

浮点数“5.5"在计算机内部是如何存储的？

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因为E需要加一个中间数，对于float类型，实际存入计算机的E=-1+127=126

例题2：分析下5.5的浮点型是如何存储的？

int main() { float f = 5.5f; //101.1 //1.011 * 2^2 //s=0 M=1.011 E=2 //s=0 M=011 E=2+127 // //0 10000001 011 0000 0000 0000 0000 0000 //40 b0 00 00 return 0; }

101.1
1.011 * 2^2
s=0 M=1.011 E=2 //这里 M一开始小数点前的1不再浪费存储空间，默认是1，直接存小数点后
s=0 M=011 E=2+127
0 10000001 011 0000 0000 0000 0000 0000
40 b0 00 00

查看下内存，对应上了，分析正确！

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有了这些基础，我们再来回到上边的例题1

int main() { int n = 9; //4byte float* pFloat = (float*)&n; printf("n的值为：%d\n", n); printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat); //以浮点数视角看 *pFloat = 9.0; printf("num的值为：%d\n", n); printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat); //9.0 return 0; }