带你了解C语言的数据的存储

2024-12-07 10:55:24

C语言当中使用的数据类型

使用的类型

char 			字符数据类型
short 			短整型
int 			整形
long 			长整型
long long   	更长的整形
float 			单精度浮点数
double 			双精度浮点数

这些里面又分为整型和浮点型

整型类

整型又分为有符号整型和无符号整型，[int] 可以省略掉，就像 short ， long 。

char
 unsigned char
 signed char
short
 unsigned short [int]
 signed short [int]
int
 unsigned int
 signed int
long
 unsigned long [int]
 signed long [int]

浮点类型

float
double

内存当中的存储

原码、反码、补码

整数有三种表示方法，原码、反码、补码，这三种表示方式都有符号位和数值位两部分，符号位都是用 0 表示“正”，1 表示“负”。正数的三种表示方法都相同，负数的三种表示方法各不相同。

原码
直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。
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了。
补码
反码+1就得到补码。

整型在内存当中存放的就是补码。

大小端

数据在内存中存储的时候就会有大小端的存储模式

什么是大小端

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。
int a = 0x11223344;

像 11 就是数据的高位，如果是大端存储模式的话，就保存在低位，因为我的电脑是小端存储模式，所以放在高地址当中，所以看到的是 0x11223344 。如果是大端存储的话，内存当中看到的就是 0x44332211 。

浮点数的存储

常见的浮点数：

3.14159
1E10
浮点数家族包括： float、double、long double 类型。

浮点数的存储

先看示例：

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;
}

输出为：

这里就要讨论一下浮点数的存储规则了。

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0255；如果E为11位，它的取值范围为02047。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。

指数 E 从内存当中取出

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:

0 01111110 00000000000000000000000

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）；

所以现在就可以解决上面的那个问题了。

总结

本篇文章就到这里了，希望能给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容！

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