如果说前面的章节是C语言的初阶的话,那么从本章开始就要进入C语言的进阶部分了。经过了以前C语言初阶的学习。如果说前面初阶的内容是建立一个基本的框架 ,那么后面的进阶部分则是不断的细化、完善这个框架,让我们对C语言的理解更进一步。话不多说,正文开始!
本章重点
深度剖析数据在内存中的存储
- 数据类型的详细介绍
- 整型在内存中的存储:原码、反码、补码
- 大小端字节序的介绍及判断
- 浮点型在内存中的存储解析
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1.数据类型的详细介绍
数据类型
char:字符类型
short:短整型
int:整型
long:长整型
long long:更长的整型
float:单精度浮点型
double:双精度浮点型
这些都是内置类型(C语言本身具有的)
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类型的意义
- 使用这个类型开辟内存空间的大小(大小决定了使用范围)
- 如何看待内存空间的视角
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类型的基本归类
整形家族
char
- unsigned char
- signed char
short
- unsigned short [int]
- signed short [int]
int
- unsigned int
- signed int
long
- unsigned long [int]
- signed long [int]
其中 [ ] 表示该部分可以省略
其中要注意的是,char也是属于整型家族
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浮点数家族
float
double
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构造类型
数组类型
结构体类型(struct)
枚举类型(enum)
联合类型(union)
注意:数组去掉数组名剩下的就是类型
比如:int arr[10],所以这个数组的类型是int [10]
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指针类型
空类型
void
void表示空类型(无类型)
通常应用于函数的返回类型、函数的参数和指针类型
例:
#include <stdio.h>
void test(void)
{printf("hehe\n");
}
int main()
{test();return 0;
}
在上面这段代码中,test前面的void表示无返回值,test后面的void表示无参数
当然,括号里也可以什么都不写
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2.整型在内存中的存储
原码、反码、补码
计算机中的有符号数(整型)有三种表示方法,即原码、反码、补码
三种表示方法均有符号位和数据位两部分。符号位用0表示正,用1表示负,而数值位三种表示方式各不相同
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原码:直接将数字翻译成二进制的形式,最高位是符号位
反码:符号位不变,原码其他位按位取反
补码:反码+1
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正数原码、反码、补码相同
对于整型来说,数据存放在内存中的就是补码
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3.大小端介绍
什么是大端、小端模式
大端(存储)模式:指数据的低位保存在内存的高地址,而数据的高位保存在内存的的低地址
小端(存储)模式:与大端模式相反,小端模式会将数据的低位保存在内存的低地址处,而数据的高位,,保存在内存的高地址处
大端 / 小端模式又叫做大端 / 小端字节序存储模式,描述的是每个字节的顺序,而两个十六进制数就是一个字节
例如,0x00000014在小端字节序存储模式中是这样存储的:14 00 00 00
(也可以简单的记,即小端模式看起来是把数据倒着放在内存中的)
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小端模式优点
- 内存的低地址处存放低字节,所以在强制转换数据时不需要调整字节的内容(注解:比如把int的4字节强制转换成short的2字节时,就直接把int数据存储的前两个字节给short就行,因为其前两个字节刚好就是最低的两个字节,符合转换逻辑)
- CPU做数值运算时从内存中依顺序依次从低位到高位取数据进行运算,直到最后刷新最高位的符号位,这样的运算方式会更高效
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大端模式优点
符号位在所表示的数据的内存的第一个字节中,便于快速判断数据的正负和大小
大端和小端有其各自的优势。 我们知道计算机正常的内存增长方式是从低到高 (当然栈不是),取数据方式是从基址根据偏移找到他们的位置,从他们的存储方式可以看出,大端存储因为第一个字节就是高位,从而很容易知道它是正数还是负数,对于一些数值判断会很迅速。 而小端存储 第一个字节是它的低位,符号位在最后一个字节,这样在做数值四则运算时从低位每次取出相应字节运算,最后直到高位,并且最终把符号位刷新,这样的运算方式会更高效①
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为什么有大端、小端
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。
练习
编程题1:写一段代码来判断当前机器的字节序是什么
#include <stdio.h>
int check_sys()
{int a = 1;char* p = (char*)&a;return *p;
}int main()
{int ret = check_sys();if (ret == 1){printf("小端模式\n");}else{printf("大端模式\n");}
}
运行结果:小端模式(这是本长老的运行结果,不同的机器可能有所不同哦)
这里巧妙的运用char*类型的指针一次只能访问一个字节的特性,如果是小端存储,那么1在内存中就是01 00 00 00,char*类型的指针刚好可以把01(1)给读出来并且返回(return)到ret中进行判断
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编程题2:下列程序的输出结果是什么
#include <stdio.h>
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;
}
运行结果:a=-1 ,b=-1 ,c=255
a,b中存的是11111111,因为有符号,所以在打印发生整型提升时会补1(符号位是1),最后变成11111111111111111111111111111111(32个1),转换成原码之后变为:10000000000000000000000000000001打印出来就是-1
对于c,虽然在内存中存放的也是11111111,但是因为无符号,所以在整型提升的时候高位补0,最后变成00000000000000000000000011111111,又因为正数原码、反码、补码相同,所以对前面那纯数字直接输出就是255(8个1)
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附
①大端小端模式