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C语言的数据类型及其存储方式
一,数据类型的介绍
1,常见的数据类型
2,整形家族
3,浮点型家族
4,构造类型
5,指针类型
6,空类型
二,整型在内存中的存储
1,原码,反码和补码
2,大小端字节序介绍
三,浮点数在内存中的存储
1,浮点数的存储规则
2,数字M和指数E的特殊规定
四,总结
一,数据类型的介绍
1.常见的数据类型
数据类型 | 名称 | 字节大小 |
char | 字符数据类型 | 1 |
short | 短整型 | 2 |
int | 整型 | 4 |
long | 长整形 | 4/8 |
long long | 长长整型 | 8 |
float | 单精度浮点型 | 4 |
doulb | 双精度浮点型 | 8 |
2.整型家族
整型分为有符号整型和无符号整型:
数据类型 | 有符号整型 | 无符号整型 |
char | signed char | unsigned char |
short | signed short [ int ] | unsigned short [ int ] |
int | signed int | unsigned int |
long | signed long [ int ] | unsigned long [ int ] |
long long | signed long long [ int ] | unsigned long long [ int ] |
其实对于char类型来说,虽然他是字符型,但是存储到内存中的是其对应的ASCll值,而ASCll是数字,所以char类型也是整型家族的一员
我们正常情况下的类型声明都是默认为有符号整型,所以都会把signed给省略掉。
3.浮点型家族
数据类型 |
float |
double |
long double---------在新的语法规则中引入的,了解一下即可 |
4.构造类型
构造类型又称 ” 自定义类型 “:
数组类型 | int [ ] ,char [ ] 等 |
结构体类型 | struct |
枚举类型 | enum |
联合类型 | union |
5.指针类型
整形指针 | int *pi |
字符指针 | char *pc |
单精度浮点型指针 | float *pf |
空指针 | void *pv |
结构体的指针 | struct stuendt *p 等 |
除此之外还有:二级指针,三级指针,数组指针,函数指针等
6.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 |
比如 :void* p ,void test test ( )...... |
二,整型在内存中的存储
我们知道,一个边路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的。
接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的?
比如:
int a = 10 ;
int b = -10 ;
我们列了两个整型变量来观察,根据类型的不同,变量会向系统申请不同内存大小的空间
上述,变量向系统申请了4个字节的空间用来存储,那究竟是如何存储的呢?我们且来分析一下:
先观察变量 a 在内存中的存储:
解释:显而易见地址的右边是变量a的地址,红色字体是变量a在内存中的储存的内容
每两个数为一个字节,共四个字节
地址空间所存储的值是以16进制的形式进行存储的
再来观察一下变量b在内存中的存储:
解释:显而易见,红色字体是变量b在内存中的储存的内容
肯定大家都发现了此内容超级大并且顺序颠倒!这是为什么呢?
欲知后事如何,且听下回分解!
1.原码,反码和补码
计算机中的整数有三种二进制表示方法,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来表示 " 正 ",用1来表示 " 负 "
正数的原,反,补码都相同
负整数的三种表示方法格不相同
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就可以得到补码 |
对于整型来说:数据存放在内存中的是补码--------这也是为什么上述变量 " b " 存放在内存 中 如此巨大的原因!
2,大小端字节序介绍
大端: |
大端字节序(存储)模式,是指数据的地位字节处的内容保存在内存的高地址中,而数据的高位字节处的内容,保存在内存的低地址中 |
小端: |
小端字节序(存储)模式,是指数据的地位字节处的内容保存在内存的低地址中,而数据的高位字节处的内容,保存在内存的高地址中 |
由此我们来分析变量 " a " 和 " b " 的情况--------
变量 | 二进制补码 | 十六进制 |
a = 10 | 00000000 00000000 00000000 00001010 | 00 00 00 0a |
b = -10 | 11111111 11111111 11111111 11110110 | ff ff ff fa |
进制数:
左边为高位,右边为地位
在内存中:
左边为低地址,右边为高地址
我们使用的环境一般情况下默认为小端存储模式,所以存在内存才会出现倒着存的现象!
三,浮点数在内存中的存储
我们常见的浮点数有:3.14159 , 1E10 等
1,浮点数的存储规则
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可以写成下面的形式:
(-1) ^S *M * 2^E
(-1) ^S * M * 2^E
M表示有效数字,大于等于1,小于2
2 ^ E 表示指数位
举个例子:
十进制的5.0,写成二进制是101.0,相当于1.01*2^2
那么,按照上面的格式,可得出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。
我们以单精度浮点型32位数据为例:
而双精度浮点型64数据为例:
2,数字M和指数E的特殊规定
IEEE754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定 :
对于M:
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。等于说可以多出一位来保存数据。
对于E,情况更为复杂;
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从内存中提取出还可以再分成三种情况:
第一种:E不全为0或全为1
浮点数就采用以下的规则表示,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。
例如: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:
0 01111110 0000000 00000000 00000000
第二种: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。
第三种:E全为1
这时,如果有效数字M全为0(虽然M全为0,但是我们省略了小数点前的1),表示±无穷大(正负取决于符号位s);
好了,关于浮点数的规则,就到这里了!
以下我们来举个例子观察一下:
变量 n 为9.5,二进制为1001.1=(-1)^0 *1.0011 * 2^3
S=0,E=3,M=1.0011
有效 E = 3+127
二进制保存为:0 10000010 0011000 00000000 00000000
转为十六进制为:41 18 00 00
小端字节序存储:00 00 18 41
是不是就对上了√
四,总结
本文呢,主要详解了数据类型及其在内存中的存储方式,同时呢解刨了,原码,反码和补码的概念;
数据在内存中的存储方式---大小端字节序(存储);
以及浮点型的存储方式,让我们以后做题目时能更加从容,不会惊慌失措;
深度理解各种数据在内存中的存储方式;