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C语言的数据类型及其存储方式

手法king 2024-07-16 12:01:02
简介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
charsigned charunsigned char
shortsigned short [ int ]unsigned short [ int ]
intsigned intunsigned int

long

signed long [ int ]

unsigned long [ int ]

long longsigned 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 = 1000000000 00000000 00000000 0000101000 00 00 0a
b = -1011111111 11111111 11111111 11110110ff 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;

        咱们一起努力!

        未来可期! 

风语者!平时喜欢研究各种技术,目前在从事后端开发工作,热爱生活、热爱工作。