目錄
1. 資料類型介紹
1.1 類型的基本歸類
2. 整形在記憶體中的存儲
2.1 原碼、反碼、補碼
2.2 大小端介紹
2.3 練習題
3. 浮點型在記憶體中的存儲
3.1 浮點數存儲的一個例子：
3.2 浮點數存儲規則
1. 資料類型介紹
我們已經學習了基本的内置類型，以及他們所占存儲空間的大小
char //字元資料類型，占1個位元組
short //短整型，占2個位元組
int //整形，占4個位元組
long //長整型，占4個位元組
long long //更長的整形，占8個位元組
float //單精度浮點數，占4個位元組
double //雙精度浮點數，占8個位元組
類型的意義：
1. 使用這個類型開辟記憶體空間的大小（大小決定了使用範圍）。
2. 如何看待記憶體空間的視角。(如int與float同樣都是4個位元組，看待的時候一個是整數一個是小數)
1.1 類型的基本歸類
整型家族：
char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]， [int]可省略
signed short [int]， [int]可省略
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]， [int]可省略
signed long [int]， [int]可省略
int mian()
{
char c = 'w'; //char到底是signed char 還是unsigned char是不确定的，取決于編譯器的實作
signed char c2 = 't';
short int a = 10; //short短整型，int可以省略
short b = 20; //short是signed short
signed short c = 30;
unsigned short d = 40;
return 0;
}
浮點數家族：
float
double
構造類型（自定類型）：
> 數組類型
> 結構體類型 struct
> 枚舉類型 enum
> 聯合類型 union
指針類型：
int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;
空類型：
void 表示空類型（無類型）
通常應用于函數的傳回類型(無傳回類型)、函數的參數(無參數)、指針類型(空類型指針)
2. 整形在記憶體中的存儲
一個變量的建立是要在記憶體中開辟空間的，該空間的大小是根據不同的類型而決定的。
例如：
int a = 3;
int b = -1;
int c = 0x11223344;
a，b，c在記憶體中：
資料在記憶體中存儲是二進制
VS在展示記憶體的時候，為了友善展示顯示的是16進制資料，一個16進制位表示4個二進制位，兩個16進制位就是8個二進制位，即一個位元組（對于a，03 00 00 00表示四個位元組）
2.1 原碼、反碼、補碼
計算機中的整數有三種表示方法，即原碼、反碼和補碼。
三種表示方法均有符号位和數值位兩部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“負”，而數值位負整數的三種表示方法各不相同。
原碼
直接将二進制按照正負數的形式翻譯成二進制即可得到。
反碼
将原碼的符号位不變，其他位依次按位取反即可得到。
補碼
反碼+1得到補碼。 (原碼也可通過：補碼符号位不變，數值位按位取反，再+1得到)
對于整數，可分為有符号數與無符号數
有符号數 : 符号位 + 數值位
正數 ： 0 + 數值位
負數 ： 1 + 數值位
//原碼 - 有符号數，直接根據正負數值給出的二進制序列就是原碼
//反碼 - 原碼的符号位不變,其他位按位取反
//補碼 - 反碼二進制的最低位+1得到
//正數的原碼、反碼、補碼相同
int main()
{
int a = 3; //signed int a = 3;
//00000000000000000000000000000011 - 原碼
//00000000000000000000000000000011 - 反碼
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 - 補碼
//0 0 0 0 0 0 0 3 - 16進制(記憶體中)
int b = -1; //signed int b = -1;
//10000000000000000000000000000001 - 原碼
//11111111111111111111111111111110 - 反碼
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - 補碼
//f f f f f f f f - 16進制(記憶體中)
return 0;
}
對于16進制位0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f，f 可由二進制 1111得到，而-1在記憶體中是 ff ff ff ff
結論：
1.正數的原、反、補碼都相同。
2.對于整型來說：資料存放記憶體中其實存放的是補碼。
為什麼呢？
在計算機系統中，數值一律用補碼來表示和存儲。原因在于，使用補碼，可以将符号位和數值域統一處理； 同時，加法和減法也可以統一處理（CPU隻有加法器）此外，補碼與原碼互相轉換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬體電路。
例如：
int c = 1 - 1;
//CPU隻有加法器
//1 - 1 => 1 + (-1),此時用原碼來進行計算，結果是錯誤的(-2)
//用補碼來計算則可獲得正确結果(符号位也參與計算,進位後丢掉即可)
對于無符号數：和正整數是一樣的。
對char(8bit)而言：
對于int c = 0x11223344;
在記憶體中出現了“倒着存”的現象，為什麼呢？
2.2 大小端介紹
什麼是大端小端：
大端（存儲）模式，是指資料的低位儲存在記憶體的高位址中，而資料的高位，儲存在記憶體的低位址中；
小端（存儲）模式，是指資料的低位儲存在記憶體的低位址中，而資料的高位,，儲存在記憶體的高位址中。
對于 int c = 0x11223344;在記憶體中：
可見：目前的編譯器采用的是小端位元組序存儲方式
經典面試題：
請簡述大端位元組序和小端位元組序的概念，設計一個小程式來判斷目前機器的位元組序。（10分）
//寫一個代碼，判斷目前機器使用的大端還是小端
//方法1
int check_sys()
{
int a = 1;
return (*(char*)&a);
}
int main()
{
int a = 1;
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
return 0;
}
//方法2
int main()
{
int a = 1;
char* p = (char*)&a;//對p解引用則通路一個位元組
if (*p == 1)
{
printf("小端");
}
else
{
printf("大端");
}
//
//0x 00 00 00 01
//
//低 高
//小端
//01 00 00 00
//大端
//00 00 00 01
//隻需要看第一個位元組是00還是01即可判斷
return 0;
}
2.3 練習題
下面代碼輸出結果是什麼?
//1.
//輸出什麼？
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -1;
//大部分編譯器基本上都是signed char
//11111111 - a
//11111111111111111111111111111111 - 整形提升後(此時是補碼)
//10000000000000000000000000000001 - 原碼 -1
signed char b = -1;
//11111111 - b
//計算過程和a一樣 -1
unsigned char c = -1;
//11111111 - c
//00000000000000000000000011111111 - 正數的原反補碼都相同
//十進制 : 255
printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//a = -1, b = -1, c = 255
//列印%d時會發生整形提升(按照符号位提升)
return 0;
}
//2.
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -128;
//10000000000000000000000010000000 - -128原碼
//11111111111111111111111110000000 - -128補碼
//1000000 - 存到a中
//整形提升後:
//11111111111111111111111110000000 - 4294967168 (2^32 - 127 - 1)
//%u : 列印無符号整形
printf("a = %u\n", a); //a = 4294967168
return 0;
}
//3.
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = 128;
//00000000000000000000000010000000 - 128原碼
//10000000 - 存到a中
//整形提升後
//11111111111111111111111110000000 - 4294967168
printf("a = %u\n", a); // a = 4294967168
return 0;
}
//4.
int main()
{
int i = -20;
//10000000000000000000000000010100 - -20原碼
//11111111111111111111111111101100 - -20補碼
unsigned int j = 10;
//00000000000000000000000000001010 - 10原(補)碼
//11111111111111111111111111110110 - i + j 補碼
//10000000000000000000000000001010 - i + j 原碼: -10
printf("i+j = %d\n", i + j); // i+j = -10
//按照補碼的形式進行運算，最後格式化成為有符号整數
return 0;
}
//5.
int main()
{
unsigned int i;//因為i定義的是無符号類型 則始終有:i >= 0;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n", i); //死循環
//當i = -1存入記憶體中(之後以此類推):
//11111111111111111111111111111111 - 當做無符号數處理 - 一個巨大的正數
}
return 0;
}
//6.
int main()
{
char a[1000];
int i;
for (i = 0; i < 1000; i++)
{
a[i] = -1 - i;
}
//a[i]從-1 -2 ... -128 共有128個數字
//對于char來說 負數最多到 : -128
//當存入-129時，對于char而言是放不下的
//10000000000000000000000010000001 - -129原碼
//11111111111111111111111101111111 - -129補碼
//01111111 - -129存入char中 - 127
//以此類推,存入-130時,記憶體中實際存儲的是126
//127 126 ... 3 2 1 0,0之前共有127個數字(因為strlen遇到0就終止了)
//127 + 128 = 255
printf("%d", strlen(a));//255
return 0;
}
//7.
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
//對于無符号的char 取值範圍是[0 , 255]
//對于下面代碼，i <= 255恒成立，故死循環了
int main()
{
for (i = 0; i <= 255; i++)
{
printf("hello world\n");//死循環
}
return 0;
}
注：對于有符号的char，記住下圖，(無符号的char範圍 : [ 0 , 255] )：
3. 浮點型在記憶體中的存儲
常見的浮點數：
3.14159
1E10 (科學計數法，1.0 * 10^10)
浮點數家族包括： float、double、long double 類型。
浮點數表示的範圍：float.h中定義（整型家族 : 取值範圍的定義 -> limits.h）
3.1 浮點數存儲的一個例子：
int main()
{
int n = 9;
float* pFloat = (float*)&n; //把int*類型指針強制轉換成float*類型
printf("n的值為：%d\n", n); //9
printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);//0.000000
*pFloat = 9.0;
printf("n的值為：%d\n", n); //1091567616
printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat); //9.000000
return 0;
}
說明：浮點型數的存儲和整形不一樣。那麼浮點數是如何存儲的呢？
3.2 浮點數存儲規則
根據國際标準IEEE（電氣和電子工程協會） 754，任意一個二進制浮點數V可以表示成下面的形式：
(-1)^S * M * 2^E
(-1)^s表示符号位，當s=0，V為正數；當s=1，V為負數。
M表示有效數字，大于等于1，小于2。
2^E表示指數位。
對于5.5：
IEEE 754規定： 對于32位的浮點數，最高的1位是符号位s，接着的8位是指數E，剩下的23位為有效數字M：
例如：
int main()
{
float f = 5.5f;//如果不寫f,則預設是double類型
//101.1
//1.011 * 2^2
//(-1)^0 * 1.011 * 2^2
//S = 0,E =10000001 (2 + 127),M = 011(後面再補20個0)
//0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000 - 記憶體中存儲的二進制
//4 0 11 0 0 0 0 0
//40 B0 00 00 - 十六進制
return 0;
}
f = 5.5f在記憶體中：
對于64位的浮點數，最高的1位是符号位S，接着的11位是指數E，剩下的52位為有效數字M
IEEE 754對有效數字M和指數E，還有一些特别規定：
前面說過， 1≤M<2 ，也就是說，M可以寫成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小數部分。 IEEE 754規定，在計算機内部儲存M時，預設這個數的第一位總是1，是以可以被舍去，隻儲存後面的 xxxxxx部分。比如儲存1.01的時候，隻儲存01，等到讀取的時候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節省1位有效數字。以32位浮點數為例，留給M隻有23位， 将第一位的1舍去以後，等于可以儲存24位有效數字。
至于指數E，情況就比較複雜：
首先，E為一個無符号整數（unsigned int），
這意味着，如果E為8位，它的取值範圍為0~255；如果E為11位，它的取值範圍為0~2047。但是，我們知道，科學計數法中的E是可以出現負數的，是以IEEE754規定，存入記憶體時E的真實值必須再加上一個中間數，對于8位的E，這個中間數是127；對于11位的E，這個中間數是1023。比如，2^10的E是10，是以儲存成32位浮點數時，必須儲存成10+127=137，即 10001001。
其次，指數E從記憶體中取出還可以再分成三種情況：
E不全為0或不全為1
這時，浮點數就采用下面的規則表示，即指數E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再将有效數字M前加上第一位的1。
比如： 0.5（1/2）的二進制形式為0.1，由于規定正數部分必須為1，即将小數點右移1位，則為 1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為 01111110，而尾數1.0去掉整數部分為0，補齊0到23位00000000000000000000000，則其二進 制表示形式為:
0 01111110 00000000000000000000000
E全為0：
這時，浮點數的指數E等于1-127（或者1-1023）即為真實值，
有效數字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數。這樣做是為了表示±0，以及接近于0的很小的數字。
例如：
//0 00000000 01000100101000000000000
//E+127存入資料後是00000000
//真實的E = -127
//(-1)^0 * 1.01000100101 * 2^(-127) - 無限接近于0的數字
//是以對于接近0的數字:
//M拿出來不+1,E = -126(32位)
//(-1)^0 * 0.01000100101 * 2^(-126) - 真實取出時的數字，也無限接近于0
E全為1
這時，如果有效數字M全為0，表示±無窮大（正負取決于符号位s）
//E為全1
//E + 128 = 255
//E = 127
//(+ -) * 1.xxxxxx * 2 ^ 128 - 趨近于正負無限大
關于浮點數的表示規則，就聊到這裡。
有了上面的基礎：讓我們回到一開始的問題：為什麼 0x00000009 還原成浮點數，就成了 0.000000 ？
int main()
{
int n = 9;
//00000000000000000000000000001001 - 二進制
float* pFloat = (float*)&n; //把int*類型指針強制轉換成float*類型
printf("n的值為：%d\n", n); //9
printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);//0.000000
//*pFloat - 以浮點數的視角去通路n的四個位元組，就會認為n的4個位元組中放的是浮點數
//0 00000000 00000000000000000001001 (E全0的情況)
//(-1)^0 * 2 ^ (-126) * 0.00000000000000000001001
//0.000000
*pFloat = 9.0;
//*pFloat - 以浮點數的視角觀察n的4個位元組
//以浮點數的形式存儲9.0
//1001.0 - 二進制
//1.001 * 2^3 - 科學計數法
//(-1)^0 * 1.001 * 2^3
//S = 0,E = 130(3 + 127). M = 00100000000000000000000
//0 10000010 00100000000000000000000 - 記憶體中存儲形式
//1091567616 - 二進制
printf("n的值為：%d\n", n); //1091567616
printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat); //9.000000
return 0;
}