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      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一) (超详细剖析+代码解析!)

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      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一) (超详细剖析+代码解析!)

      2024-08-07 09:46:39 阅读次数:37

      C语言,数据类型

       

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)


      一、数据类型详细介绍(从大方向分为两种类型)

      1.内置类型(C语言本身库有函数)

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      2.构造类型(自定义函数)

      自定义函数是系统不自带的,通过自己的编写后可以使用的函数。一般的编程语言、工作表等都可以编写自定义函数使用。 编写自定义函数可以简化主程序,让程序的检查调试更方便


      3.类型的意义

      类型的意义,可以从以下两个角度考虑:

      1.使用这个类型开辟内存空间的大小(大小决定了使用范围)

      比如说使用char类型创建的变量,开辟的内存空间是1个字节,使用int类型创建的变量,开辟的内存空间是4个字节。

      2.如何看待内存空间的视角

      比如: int a = 0; float b = 0.0; 虽然 a, b都是占用4个字节的空间,但是我们在看待a的时候,因为其类型是int,所以我们会把a当做整型来看待,在看待b的时候,因为其类型是float,所以我们会把b当做小数(而非整型)来看待。


      二、数据类型细分类

      1.整形家族

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      2.浮点型家族

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      3.构造类型

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      4.指针类型

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      5.空类型

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      例:

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)


      三、整型在内存中的存储

      之前讲过 一个变量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定的。

      那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的?

      1. 如何储存

      看下面这个例子:

      #include<stdio.h>
      	int main()
      {
      	int a = 3;
      	int b = -1;
      	return 0;
      }
      

      为了查看a, b在内存中的存储形式,我们在编译器里面按F10进入调试,变量a,b创建后,打开内存监视器,输入& a,& b查看a,b对应的地址及其内容。

      & a:

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      &b:

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      数据在内存中存储时是按二进制的补码存储的

      展示内存的时候,为了方便展示,显示的是16进制数据。

      什么意思呢? 我们定义一个变量c,以16进制形式对其赋值,然后& c,可以看到:

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      c输入的16进制形式是 11223344 ,存储的时候是 44332211 接下来下面讲:

      2. 原码、反码、补码

      下面先来了解几个概念︰原码、反码、补码

      计算机中的有符号数有三种表示方法,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表示′正”,用1表示"负”,而数值位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。

      正数 原码反码补码 三码合一,负数的原反补 按照上面的规则进行转换


      整数有两种,有符号数和无符号数 有符号数-- - 符号位 + 数值位 正数 0 + 数值位 负数 1 + 数值位

      int b = -1;
      //10000000 00000000 00000000 00000001 - 原码
      //11111111 11111111 11111111 11111110 - 反码
      //11111111 11111111 11111111 11111111 - 补码
      //ff ff ff ff - 十六进制显示形式
      
      int a = 3;
      //00000000 00000000 00000000 00000011 - 原码、反码、补码
      //0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
      //00 00 00 03 - 十六进制显示形式
      

      无符号数 unsigned --- 正整数是一样的!(只能表示正整数!) 无符号数 --- 原反补按规则计算

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      数据存放内存中其实存放的是补码。


      3. 为什么内存中要存储补码?

      我们首先来看一下 1 - 1 这个例子:

      ①先按照原码的方式去计算。

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)


      ②接下来用补码来进行计算:

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      在计算机系统中,数值一律用补码来表示和存储。原因在于,使用补码,可以将符号位和数值域统一处理; 同时,加法和减法也可以统一处理(CPU只有加法器)此外,补码与原码相互转换,其运算过程是相同的,不需要额外的硬件电路。


      怎么理解补码与原码相互转换,其运算过程是相同的?(以下运算,符号位均不变)

      原码->取反 + 1->补码 补码->取反 + 1->原码 当然补码到原码也可以是:补码 -> - 1 取反->原码

      例如 - 1: 11111111 11111111 11111111 11111111 - 补码

      补码->取反 + 1->原码 10000000 00000000 00000000 00000000 - 取反 10000000 00000000 00000000 00000001 - +1

      补码 -> - 1 取反->原码 11111111 11111111 11111111 11111110 - -1 10000000 00000000 00000000 00000001 - 取反

      最终得到的结果均是:10000000 00000000 00000000 00000001


      四、大小端介绍

      1.什么大端小端

      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。

      #include <stdio.h>
      #include <windows.h>
      int main()
      {
      	unsigned int a = -10;
      	printf("%d\n", a);//%d有符号数打印
      	printf("%u\n", a);//%u无符号数打印
      	system("pause");
      	return 0;
      }
      

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      对上述代码能运行的解释

      存:
      1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010  ->原码
      1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101  ->反码
      1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110  ->补码
      //因为是int类型,所以在内存存储32位
      即 0xfffffff6
      

      那么如何存呢?

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      可以看出是小端存储。

      解析:

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      无符号数 unsigned --- 正整数是一样的!(只能表示正整数!) 无符号数 --- 原反补按规则计算

      数据存取过程图解:

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      2.为什么有大端和小端

      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8bit。 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果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ox0010),x的值为0×1122,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。小端模式,刚好相反 我们常用的x86结构是小端模式,而KEIL c51则为大端模式。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模式还是小端模式。


      笔试题:用小程序判断当前机器的字节序(大小端)

      百度2015年系统工程师笔试题: 请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序

      如何判断大端、小端(字节序)呢?

      思路: int a = 1; 将a的第一个字节内容拿出来,判断其是1还是0,1为小端,0为大端。

      char* 储存一个字节

      #include <stdio.h>
      int check_sys()
      {
       int i = 1;
       //对指针i解引用,可以找存储的第一个字节
       //如果得到01,说明存储的顺序是01 00 00 00,则为小端,
       //如果得到00,说明存储的顺序是00 00 00 01,则为大端,
       return (*(char *)&i);
      }
      int main()
      {
       int ret = check_sys();
       if(ret == 1)//0x00 00 00 01
       {
       printf("小端\n");
       }
       else
       {
       printf("大端\n");
       }
       return 0;
       }
      

      【C语言进阶】——数据的储存、大小端(一)     (超详细剖析+代码解析!)

      当然,这里我们也可以将其封装成一个函数,根据其返回值确定是大端还是小端字节序。

      int check_sys()
      {
      	int a = 1;
      	char* p = (char*)&a;
      	if (*p == 1)
      		return 1;//小端
      	else
      		return 0;//大端
      }
      

      当然这个函数我们也可以进行简化:

      int check_sys()
      {
          int a=1;
          char*p=(char*)&a;
          //返回1,小端
          //返回0,大端
          return *p;
      }
      

      也可以再简化:

      int check_sys()
      {
      	int a = 1;
      	return  *(char*)&a;
      }
      

      版权声明:本文内容来自第三方投稿或授权转载,原文地址:https://blog.51cto.com/panyujie/3327093,作者:Perceus,版权归原作者所有。本网站转在其作品的目的在于传递更多信息,不拥有版权,亦不承担相应法律责任。如因作品内容、版权等问题需要同本网站联系,请发邮件至ctyunbbs@chinatelecom.cn沟通。

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