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C语言（25）

news 来源：原创 2025/8/13 19:16:07

一.数据在内存中的存储

1.整数在内存中的存储

整数在内存中以二进制的形式储存，分别为原码，补码，反码

有符号的整数，在上述三种形式都有符号位和数值位两个部分，符号位为0是正数，1是负数，最高位的一位是符号位，剩余的都是数值位

正整数的原码，补码，反码都一样

负整数的原码补码和反码都各不相同

原码：直接将数值按照正负数的形式变成二进制就是原码

反码：符号位不变，数值位取反

补码：反码+1

注意，整数存放数值的补码形式

2.大小端字节序和字节判断

实例一

2.1大小端字节序存储

大端字节序存储：将数据的低位字节放在内存的高位地址上，高位字节放在内存的低位地址上

小端字节序存储：将数据的低位字节放在内存的低位地址上，高位字节放在内存的高位地址上

所以实例一是小端字节序存储

2.2为什么有大小端字节序存储

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8bit的char之外，还有16bit的 short 型，32bit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。

我们常用的 X86 结构是小端模式，而KEIL C51 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还是小端。

2.3练习

2.3.1

如何判断系统是大端字节序存储还是小端字节序存储？

实例二

注释：取数据的首地址进行char*形式的转化，然后对其进行解应用看是否是1来进行判断

2.3.2

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;
}

运算一下，算算答案，下列是运行结果

解析：

2.3.3

int main()
{char a = -128;printf("%u\n", a);return 0;
}

求a的打印数值是多少

运行结果以及解析：

2.3.4


int main()
{char a = 128;printf("%u\n", a);return 0;
}

求a经过无符号打印的数值是多少

下列是解析和结果：

2.3.5

int main()
{char a[1000];int i;for (i = 0; i < 1000; i++){a[i] = -1 - i;}printf("%d", strlen(a));return 0;
}

求出结果

下列是解析和运行结果

解析：char默认是有符号的char，也就是signed char类型，它的有效值是从-128到127，所以数值的变化是-1，-2，-3，-4，...-128,127,126,...0,-1,-2,....一直这么循环。strlen则是一直到\0就会停下，，所以最终结果是255。

2.3.6

unsigned char i = 0;
int main()
{for (i = 0; i <= 255; i++){printf("hello world\n");}return 0;
}

想想运行结果

下列是运行结果以及解析：

解析：运行结果陷入无限循环，因为unsigned char类型范围是从0~255，并且数值变化是循环变化，所以i的值是不会大于255，所以无限循环。

2.3.7

int main()
{unsigned int i;for(i = 9; i >= 0; i--){printf("%u\n",i);}return 0;
}

想想运算结果

下列是结果和解析：

解析：依旧是陷入了无限循环的结果，因为unsigend char的数值一定大于0，所以i<=0一直成立。

2.3.8

#include <stdio.h>
//X86环境 ⼩端字节序 
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;
}

想想运行结果

下列是运行结果：

3.浮点数在内存中的存储

常见的浮点数：3.14159，1E10（意思是1.0*10**10）等，浮点数类型有float、double、long double类型

浮点数表示的范围在float.h中定义

3.1引子

int main()
{int n = 9;float* pfloat = (float*)&n;printf("%d\n", n);printf("%f\n", pfloat);*pfloat = 9.0;printf("%d\n", n);printf("%f\n", pfloat);return 0;
}

想一下运行结果会是什么

上述的运行结果是否和你想的一样呢

上一个例子说明了整数和浮点数在内存的存储是不一样的。

3.2浮点数的存储

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：

例如：十进制的10.5转化成上述的形式的话，10.5化成二进制是1010.1，进而转化成1.0101*2^3，所以最后的形式就是（-1）^0*1.0101*2^3

（S=0；M=1.0101；E=3）

所以对于浮点数的存储，只需要存储S,M,E的相关值就可以表示出浮点数

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

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

3.2.1浮点数存的过程

对于数字M

因为1<=M<2

IEEE754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。

对于数字E

首先，E是一个无符号整数

这就意味着，如果E为8位，它的取值范围就是0~255；如果E为11位，则取值范围是0~2047.

但是E的取值是可以为负数的，比如0.1中E就是-1，所以IEEE 754规定，存入内存时E的真实值必须再放入一个中间值，对于8位的E，中间值是127，对于11位的E，中间值是1023.

所以如果8位的E的真实值是5，则存入内存的值就是5+127=132，换算成二进制就是10000100

3.2.2浮点数取的过程

指数E从内存中取有三种情况

E不全为0或者不全为1（常规情况）

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1027），得到真实值，再在前面加上1作为第一位

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）

例子：

int main()
{float a = 5.5f;//S=0//M=1.011//E=2return 0;
}

自己推算的话就是0 1000000 101100000000000000000000

整理一下就是 0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000

40 b0 00 00

就是下面的结果