《小猫猫大课堂》三轮1——深度解析数据在内存中的存储-创新互联
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喵喵喵,你对我真的很重要。
目录
前言
类型的基本归类
整形家族
浮点数家族
构造类型
指针类型
空类型
整形在内存中的存储
原码,反码,补码
数据存放内存中其实存放的是补码。
大小端介绍
浮点数存储规则
浮点数存储规则
课后习题(答案在图片后面)
总结
前言
呜呜呜,被它打败了,三轮的知识有点难理解,希望小喵能说明白。只希望,你明白,小喵也应该明白了,有点遭不住,但喵也会扛下去的,要相信光——啊。哈哈哈哈哈~~~
二轮和三轮同步更新,希望你和小喵携手同行,让我们把知识吃得透透的,便好。
感觉以前一轮的内容不够详细,以后有时间,小喵会将它回炉重造,不断升级,只为呈现更好的。
那么,希望小喵可以做到,就麻烦你监督一下了。
类型的基本归类
整形家族char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int] 注:[ ]中的东西可以省略
signed short [int]
int
unsigned int
signed int eg:short int num=short num
long eg:int num=signed int num
unsigned long [int]
signed long [int]
浮点数家族float
double
构造类型>数组类型
>结构体类型 struct
>枚举类型 enum
>联合类型 union
指针类型int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv
空类型void 表示空类型(无类型)
通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。
整形在内存中的存储
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。
- 原码,反码,补码
原码、反码、补码 计算机中的整数有三种2进制表示方法,即原码、反码和补码。
三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位
正数的原、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就可以得到原码。
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。(逢二进一)
- 数据存放内存中其实存放的是补码。
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。
- 大小端介绍
What:
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。
Why:
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。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。
例如:一个 16bit 的 short 型 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。
了解了解,可以清楚一些现象的原理,让人更加通透。
设计一个判断大小端字节序的小程序(我们可以通过首个字节来陪判断)
//代码1
#includeint 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;
}
下面输出什么?(建议每一个都去实践一下,会有不一样的收获呢!)
顺序是,原码,反码,补码,截断,整型提升
//#include//int main()
//{
// char a = -128;
// //10000000000000000000000010000000
// //11111111111111111111111101111111
// //11111111111111111111111110000000 -128的补码
// //10000000 - a
// //11111111111111111111111110000000
// //
// printf("%u\n", a);
//
// return 0;
//}
int i= -20;
unsigned int j = 10;
printf("%d\n", i+j);
//按照补码的形式进行运算,最后格式化成为有符号整数
逢二进一
答案:255
浮点数存储规则
- 举个栗子
结果如下
宝子,你知道为什么吗?希望你看来下面的东西,可以自己解决它。
- 浮点数存储规则
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? 要理解这个结果,一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。
详细解读:
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 * 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,小于2。
2^E表示指数位。
举例来说:
十进制的5.0,写成二进制是 101.0 ,相当于 1.01×2^2 。
那么,按照上面V的格式,可以得出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
IEEE 754规定:
对于32位的浮点数,最高的1位是符号位s,接着的8位是指数E,剩下的23位为有效数字M。
对于64位的浮点数,最高的1位是符号位S,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M。
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。
然后,指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:
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(1/2)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,则为 1.0*2^(-1),其阶码为-1+127=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:
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。
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)
好了,关于浮点数的表示规则,就说到这里。
解释前面的题目:
下面,让我们回到一开始的问题:为什么 0x00000009 还原成浮点数,就成了 0.000000
首先,将 0x00000009 拆分,得到第一位符号位s=0,后面8位的指数 E=00000000 ,
最后23位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。
由于指数E全为0,所以符合上一节的第二种情况。因此,浮点数V就写成:
V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)
显然,V是一个很小的接近于0的正数,所以用十进制小数表示就是0.000000。
再看例题的第二部分。
请问浮点数9.0,如何用二进制表示?还原成十进制又是多少?
首先,浮点数9.0等于二进制的1001.0,即1.001×2^3。
那么,第一位的符号位s=0,有效数字M等于001后面再加20个0,凑满23位,指数E等于3+127=130, 即10000010。
所以,写成二进制形式,应该是s+E+M,即
这个32位的二进制数,还原成十进制,正是 1091567616 。
先二进制,再科学计数法,再sem,再e+127,再二进制
课后习题(答案在图片后面)
- 原码、反码、补码说法错( )
A.一个数的原码是这个数直接转换成二进制
B.反码是原码的二进制符号位不变,其他位按位取反
C.补码是反码的二进制加1
D.原码、反码、补码的最高位是0表示负数,最高位是1表示正数
- 程序的执( )
A.300 300
B.44 44
C.300 44
D.44 300
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;
}
- 在32位大端模式处理器上变量( )
A.0x00
B.0x12
C.0x34
D.0x1234
unsigned int a= 0x1234; unsigned char b=*(unsigned char *)&a;
- 下面代码( )
A.1000
B.999
C.255
D.256
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;
}
- 关于大小端字节序的描述正确的是( )
A.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的二进制位顺序
B.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的字节顺序
C.大端字节序是把数据的高字节内容存放到高地址,低字节内容存放在低地址处
D.小端字节序是把数据的高字节内容存放到低地址,低字节内容存放在高地址处
- 5位运动员参加了10米台跳水比赛,有人让他们预测比赛结果:
A选手说:B第二,我第三;
B选手说:我第二,E第四;
C选手说:我第一,D第二;
D选手说:C最后,我第三;
E选手说:我第四,A第一;
比赛结束后,每位选手都说对了一半,请编程确定比赛的名次。
- 日本某地发生了一件谋杀案,警察通过排查确定杀人凶手必为4个嫌疑犯的一个。
以下为4个嫌疑犯的供词:
A说:不是我。
B说:是C。
C说:是D。
D说:C在胡说
已知3个人说了真话,1个人说的是假话。
现在请根据这些信息,写一个程序来确定到底谁是凶手。
- 在屏幕上打印杨辉三角。
1
1 1
1 2 1
1 3 3 1
……
原码、反码、补码说法D )
A.一个数的原码是这个数直接转换成二进制
B.反码是原码的二进制符号位不变,其他位按位取反
C.补码是反码的二进制加1
D.原码、反码、补码的最高位是0表示负数,最高位是1表示正数
答案选D,0是正数,1是负数
程序的执行C)
A.300 300
B.44 44
C.300 44
D.44 300
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; }
所以选C。
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。
unsigned int a= 0x1234; unsigned char b=*(unsigned char *)&a;
在32位大端模式处理器上变A )
A.0x00
B.0x12
C.0x34
D.0x1234
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
下面代码的结果是( C)
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.1000
B.999
C.255
D.256
a是字符型数组,strlen找的是第一次出现尾零(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)。只看低八位的话,此时-1相当于255,所以i==255的时候,-1-i(255-255)的低八位全部都是0,也就是当i为255的时候,a[i]第一次为0,所以a[i]的长度就是255了,故选C。
关于大小端字节序的描述正B)
A.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的二进制位顺序
B.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的字节顺序
C.大端字节序是把数据的高字节内容存放到高地址,低字节内容存放在低地址处
D.小端字节序是把数据的高字节内容存放到低地址,低字节内容存放在高地址处
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。
C,D说反了,选B。
5位运动员参加了10米台跳水比赛,有人让他们预测比赛结果:
A选手说:B第二,我第三;
B选手说:我第二,E第四;
C选手说:我第一,D第二;
D选手说:C最后,我第三;
E选手说:我第四,A第一;
比赛结束后,每位选手都说对了一半,请编程确定比赛的名次。
#include
int main() { int a,b,c,d,e; for(a=1;a<=5;a++) { for(b=1;b<=5;b++) { for(c=1;c<=5;c++) { for(d=1;d<=5;d++) { for(e=1;e<=5;e++) { if(((b==2)+(a==3))==1&&((b==2)+(e==4))==1&&((c==1)+(d==2))==1&&((c==5)+(d==3))==1&&((e==4)+(a==1))==1) { if(a*b*c*d*e==120) printf(" a=%2d\n b=%2d\n c=%2d\n d=%2d\n e=%2d\n",a,b,c,d,e); } } } } } } return 0; }
日本某地发生了一件谋杀案,警察通过排查确定杀人凶手必为4个嫌疑犯的一个。
以下为4个嫌疑犯的供词:
A说:不是我。
B说:是C。
C说:是D。
D说:C在胡说
已知3个人说了真话,1个人说的是假话。
现在请根据这些信息,写一个程序来确定到底谁是凶手。
方法1
//谁是1,谁就是凶手 #include
int main() { int a,b,c,d; for(a=0;a<2;a++)//a只能等于1或0,其他b,c,d亦是如此 { for(b=0;b<2;b++) { for(c=0;c<2;c++) { for(d=0;d<2;d++) { if(((a==0)+(c==1)+(d==1)+(d==0))==3)//0是假,1是真 { if(a+b+c+d==1) { printf("a=%d,b=%d,c=%d,d=%d", a, b, c, d); } } } } } } return 0; } 方法2(这个比较简洁,csdn上其他大佬写的学习下)
在屏幕上打印杨辉三角。
1
1 1
1 2 1
1 3 3 1
……
#include
int main() { int arr[100][100],i,j,num; printf("请输入需要打印的行数:"); scanf("%d",&num); for(i=0;i<100;i++) { for(j=0;j<100;j++) { arr[i][j]=0; } } for(i=0;i
最后一道题,对得起自己,上述文章每一个小细节,宝子, 你都弄懂了!
未来的自己一定会感谢现在的你!
总结
阿巴阿巴,真要命,可以预见后面的每一期,看来会更得很慢,我加油。越来越觉得自己以前得博客需要重做,啊,要命。不知道宝子们看出来没,小喵已经改过一版了,感觉要改第三版了。要命,希望未来可以把《小猫猫大课堂》做成非常不错得学习C语言得资料。
宝子们懂了,我就懂了。
更了一期就要命了,我还是先更二轮啊,万一小喵不怕死呢?
寒假妮,准备开一个专栏《寒假不颓废训练》,计划开一个关于C++的知识专栏(acw)。
加油吧!好日子在等着你呢!小喵,喵喵喵~
更新不易,麻烦多多点赞,欢迎你的提问,感谢你的转发,
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