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C语言进阶（一）数据在内存中的存储

news 来源：原创 2024/9/21 16:39:23

整数在内存中的存储

整数的2进制表示方法有三种，即原码、反码和补码

有符号的整数，三种表示方法均有符号位和数值位两部分

符号位用0表示“正”，用1表示“负”，最高位被当做符号位，剩余的都是数值位

正整数的原、反、补码都相同

负整数的三种表示方法各不相同

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制

反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反

补码：反码+1就得到补码

在计算机系统中，数值⼀律用补码来表示和存储

原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理

同时，加法和减法也可以统⼀处理（CPU只有加法器）

此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

大小端字节序和字节序判断

当我们了解了整数在内存中存储后，我们调试看⼀个细节：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 0x11223344;return 0;
}

调试的时候，可以看到在a中的 0x11223344 这个数字是按照字节为单位，倒着存储的

什么是大小端？

数据在内存中存储的时候，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。

为什么有大小端? 为什么会有大小端模式之分呢？

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8 bit 位，但是在C语言中除了8 bit 的 char 之外，还有16 bit 的 short 型，32 bit 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

我们常用的 X86 结构是小端模式，而 KEIL C51 则为大端模式

很多的ARM，DSP都为小端模式，有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式

练习

请简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

（10分）-百度笔试题

//代码1
#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;
}//代码2
int check_sys()
{union{int i;char c;}un;un.i = 1;return un.c;
}

#include <stdio.h>
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;
}

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

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

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

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{for(i = 0;i<=255;i++){printf("hello world\n");}return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{unsigned int i;for(i = 9; i >= 0; i--){printf("%u\n",i);}return 0;
}

#include <stdio.h>
//X86环境 ⼩端字节序
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;
}

浮点数在内存中的存储

常见的浮点数：3.14159、1E10等，浮点数家族包括： float、double、long double 类型

浮点数表示的范围： float.h 中定义

练习

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

输出什么？

浮点数的存储

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？

根据国际标准IEEE（电气和电子宫程协会）754，任意一个二进制浮点数可以表示成下面的形式：