C语言 数据在内存中的存储

目录

前言

一、整数在内存中的存储

二、大小端字节序和字节序判断

2.1.练习一

2.2 练习二

2.3 练习三

2.4 练习四

2.5 练习五

2.6 练习六

三、浮点数在内存中的存储

3.1 浮点数存的过程

3.2 浮点数取的过程

总结


前言

数据在内存中根据数据类型有不同的存储方式,今天我们就来了解一下,我们常见的数据类型在内存中的存储方式。


一、整数在内存中的存储

在之前讲操作符时我们讲了整形在内存中以二进制存放:C语言操作符详解

整数的2进制表⽰方法有三种,即 原码 反码 补码
三种表示方法均有符号位数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位最
高位的⼀位是被当做符号位,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得到的就是原码。
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反码。
补码 :反码+1就得到补码。
对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是 补码
因为使用补码,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。

二、大小端字节序和字节序判断

当我们知道了整形在内存中如何存储时,我们来看下面一段代码:

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

我们发现为什么是44 33 22 11这种顺序存储的,这时我们就要引入大小端字节序的概念了。

其实超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候,就有存储顺序的问题,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,下⾯是具体的概念:
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。(低->高,高->低)
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。(低->低,高->高)
为什么有大小端之分呢?
  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8bit 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 小端存储模式 
  例如:⼀个 16bit short x ,在内存中的地址为 0x0010 x 的值为 0x1122 ,那么0x11 为⾼字节, 0x22 为低字节。对于大端模式,就将 0x11 放在低地址中,即 0x0010 中,0x22 放在⾼地址中,即 0x0011 中。小端模式,刚好相反。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。
那我们来看看几道练习题:

2.1.练习一

设计一个小程序来判断当前机器的字节序

#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;
}

这里1在内存中存储为00000000000000000000000000000001,可以换为16进制00 00 00 01,如果是小端存储则在内存中字节序为01 00 00 00 ,所以强制类型转换为char访问一个字节就是01,如果是大端存储就是00 00 00 01,返回的就是00。

2.2 练习二

#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;
}

其中char类型的-1在内存中表示为11111111,所以通过%d打印后要进行整型提升变为11111111111111111111111111111111,打印出来还是-1,signed char与char类型一样。

unsigend char由于是无符号的,所以最高位不为符号位。在内存中存储图解:

所以unsigend char类型范围为0~255

在unsigend char中-1为11111111,与255一样,所以c输出为255。

2.3 练习三

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

在char类型中,数据是有符号的所以最高位为符号位,在内存中存储图解:

其中127+1后10000000为 -128,所以char整型范围为-128~127

%u为通过无符号的整型打印,-128为10000000通过整型提升为1111111111111111111111110000000,由于无符号打印,所以最高位不是符号位,所以为正数,正数原反补码相同。

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

128在char中存放也是10000000,所以结果通过与上面一样:

2.4 练习四

#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;
}

分析上面代码我们知道,循环-1,-2,-3,-4.....strlen遇到'\0'停止。但是数组为char类型,char类型范围为-128~127,所以到根据char类型数据存储-128时再减1就变成了127了

直到到0也就是’\0‘的ASCII值停止。结果为|-128|+127=255

2.5 练习五

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

根据前面我们可知unsigned char范围为0~255,所以当i为255时,加1又变成0了,所以会无限循环代码。

同理,下面这段代码,当i=0时,减1又变成了255,所以i永远不会小于0,所以无限循环。

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

2.6 练习六

#include <stdio.h>
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;
}

下面是对代码的分析:

int main()
{int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };//01 00 00 00 02 00 00 00 03 00 00 00 04 00 00 00 在内存中的存储int* ptr1 = (int*)(&a + 1);//&a为数组的地址,+1跳过整个数组int* ptr2 = (int*)((int)a + 1);//a为数组首地址,强制类型转换为整型,整型加1,直接加1printf("%#x,%#x", ptr1[-1], *ptr2);//ptr[-1]==*(ptr-1) ptr类型为int* ptr为数组尾地址,-1,为元素4的地址//*ptr ptr为01 后面 00的地址,ptr为int*,解引用访问四个字节 00 00 00 02,因为小端存储所以为0x2000000return 0;
}

三、浮点数在内存中的存储

在了解浮点数在内存中的存储之前,我们先来看看下面一段代码:

#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;
}

大家觉得输出结果是什么呢?

为什么会出现这样的结果呢?那让我们来了解一下浮点数在内存中的存储。

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:
    V =(−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,M是⼤于等于1,⼩于2的
• 2^E表⽰指数位

比如说

十进制的5.0 二进制表示为101.0 相当于1.01×2^2,此时S=0,M=1.01,E=2。

十进制的-5.0,写成⼆进制是 -101.0 ,相当于 -1.01×2^2 。那么,S=1,M=1.01,E=2。

十进制的0.5,写成二进制就是0.1 相当于1.0×2^-1,那么S=1,M=1,E=-1。

IEEE 754规定:
对于32位的浮点数,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
(float类型)
对于64位的浮点数,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
(double类型)

3.1 浮点数存的过程

IEEE 754 对有效数字M和指数E,还有一些特别规定。
前面说过, 1 M<2 ,也就是说,M可以写成 1.xxxxxx 的形式,其中 xxxxxx 表示小数部分。
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xxxxxx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 。以32位浮点数为例,留给M只有23位,将第⼀位的1舍去以后,等于可以保存24位有效数字。
至于指数E,情况就比较复杂
⾸先,E为⼀个⽆符号整数(unsigned int)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,我们知道,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。

3.2 浮点数取的过程

指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:
1.E不全为0或不全为1
这时,浮点数就采用下面的规则表示,即指数E的计算值减去127(或1023),得到真实值,再将有效数字M前加上第⼀位的1。
比如:0.5 的⼆进制形式为0.1,由于规定正数部分必须为1,即将小数点右移1位,则1.0*2^(-1),其阶码为-1+127(中间值)=126,表示为01111110,而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位
00000000000000000000000,则其⼆进制表示形式为:
0 01111110 00000000000000000000000

2.E全为0

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
0 00000000 00100000000000000000000

3.E全为1

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);

 0 11111111 00010000000000000000000

了解完浮点数在内存中的存储后,我们来看看刚才的题:

#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;
}

9在内存中的存储为00000000 00000000 00000000 00001001

如果以浮点数进行存储则为0 00000000 000 0000 0000 0000 0000 1001

由于指数E全为0,所以符合E为全0的情况。因此,浮点数V就写成:

V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)
由于这是一个非常小的数,接近与0,所以用十进制小数表示就是0.000000。
由于*pFloat=9.0,用二进制表示1001.0,及为1.001 ×2^3
在内存中表示:
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
这个32位的⼆进制数,被当做整数来解析的时候,就是整数在内存中表示,原码正是1091567616
 

总结

上述文章讲了整型,浮点型在内存中的存储,和大小端的概念,希望对你有所帮助。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://xiahunao.cn/news/2871225.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系瞎胡闹网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

滑动窗口和螺旋矩阵

209. 长度最小的子数组 题目 给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target 。 找出该数组中满足其总和大于等于 target 的长度最小的 连续 子数组 [numsl, numsl1, ..., numsr-1, numsr] &#xff0c;并返回其长度**。**如果不存在符合条件的子数组&#xff0c;返回…

链式二叉树--前序中序后序遍历,高度,节点个数问题

目录 前言&#xff1a; 一&#xff1a;链式二叉树的结构定义 二&#xff1a;链式二叉树的遍历--->前序&#xff0c;中序&#xff0c;后序 1.前序 递归展开图分析 2.中序 递归展开图分析 3.后序 三&#xff1a;二叉树结点的求解 1.二叉树总结点 递归展开分析 2…

clickhouse学习笔记01(小滴课堂)

老王经历-数据库架构演变历史 你是否能分清OLTP和OLAP系统 急速掌握-数据库里面行存储和列式存储 新一代列式存储ClickHouse介绍和应用场景说明 Linux服务器容器化部署ClickHouse实战 记得要在安全组里配置开放端口号。 到这我们就安装完了。 简单使用&#xff1a; 创建你的第…

不锈钢多功能电工剥线钳分线绕线剪线剥线钳剥线压线扒皮钳子

品牌&#xff1a;银隆 型号&#xff1a;089B绿色 材质&#xff1a;镍铬钢&#xff08;不锈钢&#xff09; 颜色分类&#xff1a;089B灰色,089B红色,089B绿色,089B黑色,089B橙色 功能齐集一身&#xff0c;一钳多用&#xff0c;多功能剥线钳。剥线&#xff0c;剪线&#xff…

前端学习之css伪元素选择器

伪元素选择器 &#xff08;注释是对各个内容的解释与理解&#xff09; <!DOCTYPE html> <html lang"en"> <head><meta charset"UTF-8"><title>伪元素选择器</title><!-- 双冒号开头一般都称为伪元素&#xff0c;…

http请求方法15种,附图可以下载保存备查。

一、http请求组成和流程 HTTP请求是客户端&#xff08;如浏览器&#xff09;向服务器发送的请求&#xff0c;以获取特定资源或执行特定操作。HTTP请求由以下几个部分组成&#xff1a; 请求行&#xff1a;包含请求方法、请求的URL和HTTP协议版本。常见的请求方法有GET、POST、P…

腾讯云服务器配置2核4G5M带宽是什么意思?

腾讯云服务器2核4G5M带宽配置是代表什么&#xff1f;代表2核CPU、4G内存、5M公网带宽&#xff0c;这是一款轻量应用服务器&#xff0c;系统盘为60GB SSD云硬盘&#xff0c;活动页面 txybk.com/go/txy 活动打开如下图&#xff1a; 腾讯云2核4G5M服务器 如上图所示&#xff0c;这…

【漏洞复现】大华智慧园区综合管理平台deleteftp命令执行漏洞

Nx01 产品简介 大华智慧园区综合管理平台是一款综合管理平台&#xff0c;具备园区运营、资源调配和智能服务等功能。该平台旨在协助优化园区资源分配&#xff0c;满足多元化的管理需求&#xff0c;同时通过提供智能服务&#xff0c;增强使用体验。 Nx02 漏洞描述 大华智慧园区…

stable diffusion webui 搭建和初步使用

官方repo: GitHub - AUTOMATIC1111/stable-diffusion-webui: Stable Diffusion web UI 关于stable-diffusion的介绍&#xff1a;Stable Diffusion&#xff5c;图解稳定扩散原理 - 知乎 一、环境搭建和启动 准备在容器里面搞一下 以 ubuntu22.04 为基础镜像&#xff0c;新建…

Web核心,HTTP,tomcat,Servlet

1&#xff0c;JavaWeb技术栈 B/S架构:Browser/Server&#xff0c;浏览器/服务器架构模式&#xff0c;它的特点是&#xff0c;客户端只需要浏览器&#xff0c;应用程序的逻辑和数据都存储在服务器端。浏览器只需要请求服务器&#xff0c;获取Web资源&#xff0c;服务器把Web资源…

MyBatis3源码深度解析(十三)MyBatis的核心组件(二)

文章目录 前言4.3 Configuration组件4.3.9 mappedStatements4.3.10 Configuration组件的其它属性 4.4 Executor4.5 MappedStatement4.6 StatementHandler4.7 TypeHandler4.8 ParameterHandler4.9 ResultSetHandler4.10 小结 前言 MyBatis框架的配置信息有两种&#xff0c;一种…

pytorch卸载cuda+cudnn并重新配置GPU环境,亲测有效

pytorch卸载cudacudnn 一、卸载cuda 进入【控制面板】&#xff0c;点击【卸载程序】 将红色框中带版本号的都卸载 二、删除cudnn配置 1、进入安装路径 将以下版本号文件直接删除 pytorch配置GPU环境 一、查看支持的cuda最高版本 1、winr&#xff0c;输入cmd&#xf…

理解计算属性等

计算属性 计算属性的作用是将写在computed内的写了对应的属性名&#xff0c;属性值都是函数&#xff0c;将这属性值的函数调用之后的返回值赋给属性名的变量。因此其实计算属性内的是值&#xff0c;不是方法&#xff0c;因此写插值等语句是只是写变量&#xff0c;而不是调用。且…

每日五道java面试题之mybatis篇(二)

目录&#xff1a; 第一题. Mybatis优缺点第二题. Hibernate 和 MyBatis 的区别?第三题. MyBatis编程步骤是什么样的&#xff1f;第四题. 请说说MyBatis的工作原理第五题. MyBatis的功能架构是怎样的? 第一题. Mybatis优缺点 优点 与传统的数据库访问技术相比&#xff0c;ORM…

MySQL中的索引失效情况介绍

MySQL中的索引是提高查询性能的重要工具。然而&#xff0c;在某些情况下&#xff0c;索引可能无法发挥作用&#xff0c;甚至导致查询性能下降。在本教程中&#xff0c;我们将探讨MySQL中常见的索引失效情况&#xff0c;以及它们的特点和简单的例子。 1. **索引失效的情况** …

每日GEE| Day 01 研究区域矢量数据加载

// Add study region var roi ee.FeatureCollection(geometry) Map.centerObject(roi,8); var styling {color:red,fillColor:00000000,width:2};// display hollow roi Map.addLayer(roi.style(styling), {}, "outline"); 以上代码的功能实现了对研究区域的加载&am…

第二十五天-Seaborn数据可视化库

目录 1.介绍 2.使用 1.seaborn官网&#xff1a; 2.安装 3.基础用法 4.导入数据 5.分析基金数据 1.绘制每个月收盘价的趋势线 2.计算涨跌幅 3.设置统计基点 4.分布图&#xff1a;分析涨跌幅数量 5.箱型图 6.回归图 7.热力图 1.介绍 1.与matplotlib区别 2.基于matp…

还看YOLOv8,YOLOv9呢,烂怂卷积有啥好看的?教你利用多模态大模型做目标检测!

文章大纲 大模型业态与idea 来源可行性探索现有成果国内多模态APP 探索利用现有平台进行快速开发 MVP参考文献大模型业态与idea 来源 有一次我在单位汇报的时候,大领导问:深度学习先在还这么落后嘛?每次解决一个问题还要重新训练一个模型࿱

zookeeper快速入门三:zookeeper的基本操作

在zookeeper的bin目录下&#xff0c;输入./zkServer.sh start和./zkCli.sh启动服务端和客户端&#xff0c;然后我们就可以进行zookeeper的基本操作了。如果是windows&#xff0c;请参考前面章节zookeeper快速入门一&#xff1a;zookeeper安装与启动 目录 一、节点的增删改查 …

python之前端css样式(一)

css ID选择器 #c1{color:red;#边框为红色border:1px solid red; } <div id"c2">中国移动</div> 类选择器 .xx{color:blue; } <div class"xx">中国联通</div> 标签选择器 li{color: pink; } <ul><li>北京</li…