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      【C深剖】变量定义与数据存取本质

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      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      2025-02-13 08:27:04 阅读次数:18

      变量,存储,数字,比特,符号,类型,补码

      前言:

      本节博客继续前篇内容进行续写,我们着重探求有符号与无符号数的问题,探求整形在内存中的存储这一课题

      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      一、空间的申请

      1.变量定义

      1.1变量定义的概念:

      所谓变量定义,本质上就是在内存中开辟特定大小的空间(不做解释,后文体会)。


      概念区分:初始化与赋值
      (1)概念:
      初始化:指的是变量与生俱来的内容属性
      赋值:值的是变量后来放到该变量空间的内容属性
      (2)特点:
      初始化只能进行一次,赋值可以进行多次
      初始化具有先天性的含义,赋值有着后天的含义。


      1.2变量定义的原因:

      定义变量的原因在于开辟空间,暂时存储数据

      首先,我们需要明确的是计算机是弥补人类计算能力低下问题诞生的(这里并没有贬低人类的意思,就是说人类跟计算机相比计算能力确实相对来说比较差)
      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      之后,我们需要明白,我们人类计算时候是需要一步一步计算的,计算机也是需要进行先后计算了,并不是一下子就对所有数据进行处理,计算机也是对一个一个数据进行依次处理的,至于为什么算个数字那么快,因为计算机算的快而已,这并不是说计算机对所有数据进行同时处理。(注:当然计算机也是可以同时对数据进行处理的,不过同时处理数据的能力有限,了解即可)
      然后,我们大概就明白了,为何需要变量?就是因为有些数据需要等待一些时间去让计算机处理,在处理之前,需要先存储起来防止数据丢失,这大概跟人类做运算时候要写在纸上差不多,省的忘了原来的数据,如果忘了那就惨了。
      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      那为啥需要把数据放在一个个变量里进行处理啊?我数据直接放那一团不就行了嘛,这有点类似于我们吃饭,我们一般都是用碗吃饭,而不是直接用锅,原因在于效率高,计算机也是一样,在处理数据的时候,先用变量把在“一锅里的”数据分到一个个小碗里,然后就“吃”的快了。而且之前讲过,我们做饭的地方跟我们吃饭的地方离得距离是比较远的,类似于硬盘中的程序跟cpu处理是比较远的,要想提高效率,就是借助变量变成“小碗”送到内存当中,这样就跟cpu离得近了。其实我感觉变量就是起到了一个方便读取数据的作用。

      变量定义的本质在于,开辟一块内存空间,暂时存储数据

      2.变量声明

      变量声明的本质就是:告知编译器。**
      两者的区别在于,
      声明你可以声明多次,定义只能定义一次哈。
      本质区别在于定义开辟内存空间,变量声明没有开辟内存空间。

      这个区别有一个比较有意思的比喻,大概是这样的,变量的定义类似于你跟你女朋友表白,只能表白一次吧?哈哈。然后变量的声明的话就是你告诉你周围的人,那个女孩是我女朋友哈,你们不要有非分之想了哈。这里想说声明可以声明无数次。(这里只是做一个比喻说明一下哈,无任何不良诱导)

      二、数据存入

      首先同学们,我想问int a = -10;计算机会直接把-10存入内存中吗?答案是不是
      原因在于计算机只认识二进制。
      因而就需要进制转换,需要把-10这一个十进制数字转换成为二进制的形式,这就牵扯到了原码、反码以及补码的概念和转换问题。

      1.转换补码

      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      有符号数:
      首先,对于有符号数,一定要能表示该数据是正数还是负数,所以我们一般用最高比特位来充当符号位。
      原码反码补码都有符号位和数值位。符号位0表示正数,1表示负数,而三种表示方法各不相同。
      无符号数:
      不需要转换,原码反码补码相同不存在符号位。


      如果一个数据是负整数,那么要遵守下面的规则进行转换:
      【C深剖】变量定义与数据存取本质
      原码:直接将数字按照正负数的形式翻译成二进制即可
      反码:符号位不变,数值位按位取反
      补码:反码+1
      无符号数:不需要转换(原码反码补码相同),没有符号位的概念
      整形:数据存放内存中的其实是补码


      为啥需要补码来存储整形类型?
      原因在于:
      1.使用补码,可以将符号位和数值位进行统一处理,并且加法和减法也可以统一进行处理
      2.原码与补码的相互转换,其运算过程是相同的(都是取反+1),不需要格外的硬件电路

      我需要强调一点的是,右边数字的二进制转换与左边的类型没有半毛钱关系,编译器判断有无符号整形,只看你赋值的数字有没有+号或者-号而已

      那同学觉得计算机就这样把补码扔到内存了吗?
      显然不只如此!还需要考虑大小端存储问题。

      2.大小端存储

      大小端存储取决于硬件单元,这个大小端存储是啥意思呢?
      大小端存储的概念:
      大端:低权值数字放到高地址处,高权重数字放到低地址处。
      小端:低权值数字放到低地址处,高权值数字放到高地址处。

      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      3.截断

      考虑到怎么存储之后,我们还得需要考虑一个问题,就是会不会发生截断?比如你把一个数字放到一个char类型里面,char类型只有8个比特位,存不下一个数字的32个比特位,必然要发生截断。
      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      当然对于截断问题,只是顺便一提,有兴趣可以单独去研究一下。

      4.取值范围的问题

      一个类型有取值范围,那你知道取值范围是怎么进行确定的吗?
      一个类型的取值范围的大小取决于这个类型有多少个比特位

      假如我只给你一个比特位,请问你可以表示几个数字(不考虑符号位)?
      就俩数字(2^1)嘛,一个0一个1嘛
      我如果给你两个比特位呢?
      4(2^2)个数字,00,01,10,11
      我如果给你三个比特位呢?
      8(2^3)个数字,000,001,010,011,100,101,110,111
      ……
      所以,,,一个8个比特位的char类型,可以表示几个数字?2^8==256!
      这也就解释char(有符号)类型的取值范围是-128—127了。
      但是我有个小疑惑,-128靠8个比特位是怎么表示出来的?明明需要9个比特位啊。
      【C深剖】变量定义与数据存取本质
      只是人为规定!!!
      之后呢,还要给大家看一个取值循环图,大家就能明白类型的取值范围是怎么回事了:
      【C深剖】变量定义与数据存取本质
      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      三、数据取出

      1.大小端

      还是要先看大小端问题,小端存储就小端取出,大端存储就大端取出即可。

      2.自身类型

      到了这个时候,说实在的左边的类型才有作用,什么意思呢?左边的类型决定了怎么看待这串二进制数字。
      比如说左边如果是无符号整形类型,那么就不会把二进制最高位看成符号位,同理,如果是有符号类型,就会把最高位的二进制位看成符号位,这两种情况是截然不同的数值!
      【C深剖】变量定义与数据存取本质

      3.整型提升

      如果我在内存里面是一个8个比特位的字符呢?你放入的类型却是一个int类型怎么办?整型提升。有符号int补符号位,无符号int前面补0,给你补到32个比特位再说。当然,这个地方也就不细说了,有兴趣可以自行研究一下。

      练习题

      最后送大家一道练习题哈,如果看完本文章大体理解我说的啥的话,应该可以做对,当然不对的话也不要担心哈,再弄懂就好啦,知识不是一下就会弄懂的。

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

      答案:255,请试分析本题。
      解析:略。

      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.csdn.net/2302_79031646/article/details/135681391,作者:睡觉待开机,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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