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本章重點

數(shù)據(jù)類型詳細介紹整形在內(nèi)存中的存儲：原碼、反碼、補碼大小端字節(jié)序介紹及判斷浮點型在內(nèi)存中的存儲解析 1. 數(shù)據(jù)類型介紹

基本的內(nèi)置類型：

char //字符數(shù)據(jù)類型

short //短整型

int //整形

long //長整型

long long //更長的整形

float //單精度浮點數(shù)

//雙精度浮點數(shù)

類型的意義：

使用這個類型開辟內(nèi)存空間的大?。ù笮Q定了使用范圍）。如何看待內(nèi)存空間的視角。 1.1 類型的基本歸類：

整形家族：

char

char

char

short

short [int]

short [int]

int

int

int

long

long [int]

long [int]

long long

long long [int]

long long [int]

注：

1.字符在存儲的時候存儲的是ASCII碼值，ASCII是整數(shù)，所以在歸類的時候，字符屬于整形家族

2.short int num = = short num（int可以省略）

3.int num = = int num（short，long，long long同理）

4.char是 char還是 char是取決于編譯器的，常見情況下char = = char

浮點數(shù)家族：

float

構(gòu)造類型：(自定義類型)

數(shù)組類型

結(jié)構(gòu)體類型

枚舉類型 enum

聯(lián)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(yīng)用于函數(shù)的返回類型、函數(shù)的參數(shù)、指針類型。

void test()

{}

void test(void)

{}

void * p

2. 整形在內(nèi)存中的存儲

我們之前講過一個變量的創(chuàng)建是要在內(nèi)存中開辟空間的，空間的大小是根據(jù)不同的類型而決定的。那接下來我們談?wù)剶?shù)據(jù)在所開辟內(nèi)存中到底是如何存儲的？

比如：

int a = 20;

int b = -10;

我們知道為 a 分配四個字節(jié)的空間。

如何存儲？要了解原碼、反碼、補碼的概念。

2.1 原碼、反碼、補碼

原返補詳解：

對于整形來說：數(shù)據(jù)存放內(nèi)存中其實存放的是補碼。

這是因為：

在計算機系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補碼來表示和存儲。原因在于，使用補碼，可以將符號位和數(shù)值域統(tǒng)一處理；

同時，加法和減法也可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器）此外，補碼與原碼相互轉(zhuǎn)換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬件電路。

我們看看在內(nèi)存中的存儲：

int main()
{
	int a = 20;
	int b = -10;
	//20
	//00000000000000000000000000010100 - 原碼、反碼、補碼
	//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100
	//0x00 00 00 14
	//-10
	//10000000000000000000000000001010 - 原碼
	//11111111111111111111111111110101 - 補碼
	//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 - 反碼
	//0xff ff ff f6
	return 0;
}

我們可以看到對于a和b分別存儲的是補碼。但是我們發(fā)現(xiàn)順序有點不對勁。

這里就涉及到大小端的知識了。

2.2 大小端介紹

什么大端小端：

大端（大端字節(jié)序存儲）模式：是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址中；

小端（小端字節(jié)序存儲）模式：是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位,，保存在內(nèi)存的高地址中。

百度2015年系統(tǒng)工程師筆試題：

請簡述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設(shè)計一個小程序來判斷當前機器的字節(jié)序。

#include
int main()
{
	int a = 1;
	char *pc=(char*)&a;//取出第一個字節(jié)的內(nèi)容放在pc的指針中
	if (*pc == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

2.3 練習(xí)

1.下面程序輸出什么？

#include 
int main()
{
	char a = -1;

	//10000000000000000000000000000001 - 原碼
	//11111111111111111111111111111110 - 反碼
	//11111111111111111111111111111111 - 補碼
	//11111111 - a 截斷
	//11111111111111111111111111111111 - 提升(char a的高位有符號位)(補碼）
	//a=-1
	signed char b = -1;
	//10000000000000000000000000000001 - 原碼
	//11111111111111111111111111111110 - 反碼
	//11111111111111111111111111111111 - 補碼
	//11111111 - b 截斷
	//11111111111111111111111111111111 - 提升(signed char b有符號位)(補碼）
	//b=-1
	unsigned char c = -1;
	//10000000000000000000000000000001 - 原碼
	//11111111111111111111111111111110 - 反碼
	//11111111111111111111111111111111 - 補碼
	//11111111 - c 截斷
	//00000000000000000000000011111111 - 提升(unsigned char c無符號位)(補碼、反碼、原碼）
	//c=255
	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
	//%d打印有符號的整數(shù)，打印的是原碼
	//a=-1;
	//b=-1;
	//c=255;
	return 0;
}

2.下面程序輸出什么？

#include 
int main()
{
	char a = -128;
	//10000000000000000000000010000000 - 原碼
	//11111111111111111111111101111111 - 反碼
	//11111111111111111111111110000000 - 補碼
	//10000000 -（a） 截斷
	//11111111111111111111111110000000 - 提升（補碼）
	printf("%u\n", a);
	//%u - 打印無符號10進制整數(shù)
	// 是正數(shù)，原返補相同，直接打印提升后的值
	//a=4294967168
	return 0;
}

3.下面程序輸出什么？

#include 
int main()
{
	char a = 128;
	//00000000000000000000000010000000 - 原碼
	//01111111111111111111111101111111 - 反碼
	//01111111111111111111111110000000 - 補碼
	//10000000 -（a） 截斷
	//11111111111111111111111110000000 - 提升（補碼）
	printf("%u\n", a);

	//%u - 打印無符號10進制整數(shù)
	// 是整數(shù)，原返補相同，直接打印提升后的值
	//a=4294967168
	return 0;
}

4.下面程序輸出什么？

#include
int main()
{
	int i = -20;
	//10000000000000000000000000010100 - 原碼
	//11111111111111111111111111101011 - 反碼
	//11111111111111111111111111101100 - 補碼
	unsigned int j = 10;
	//00000000000000000000000000001010 - 原碼、反碼、補碼
	//i+j 補碼相加
	//  11111111111111111111111111101100
	// +
	//  00000000000000000000000000001010
	//= 11111111111111111111111111110110 - 補碼
	//  10000000000000000000000000001010 - 原碼
	printf("%d\n", i + j);
	//i+j=-10;
	return 0;
}

5.下面程序輸出什么？

#include
int main()
{
	unsigned int i;
	//i為無符號數(shù)，所以i>=0恒成立
	//該程序為死循環(huán)
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
	}
	return 0;
}

6.下面程序輸出什么？

#include
int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	//-1 -2 -3 ...-128 127 126 ...3 2 1 0 -1 -2...依次循環(huán)
	//128+127
	printf("%d", strlen(a));//'\0'停止
	//結(jié)果為：255
	return 0;

}

7.下面程序輸出什么？

#include 
unsigned char i = 0;
//char為無符號，取值范圍0~255
int main()
{
	//所以i<=255恒成立，打印結(jié)果死循環(huán)
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

3. 浮點型在內(nèi)存中的存儲

常見的浮點數(shù)：

3.14159

1E10

浮點數(shù)家族包括： float、、long 類型。

浮點數(shù)表示的范圍：float.h中定義

3.1 一個例子

浮點數(shù)存儲的例子：

int main()
{
 int n = 9;
 float *pFloat = (float *)&n;
 printf("n的值為：%d\n",n);
 printf("*pFloat的值為：%f\n",*pFloat);
 *pFloat = 9.0;
 printf("num的值為：%d\n",n);
 printf("*pFloat的值為：%f\n",*pFloat);
 return 0;
}

輸出的結(jié)果是：

為了弄清楚結(jié)果，要了解浮點數(shù)存儲規(guī)則。

3.2 浮點數(shù)存儲規(guī)則

num 和 * 在內(nèi)存中明明是同一個數(shù)，為什么浮點數(shù)和整數(shù)的解讀結(jié)果會差別這么大？

要理解這個結(jié)果，一定要搞懂浮點數(shù)在計算機內(nèi)部的表示方法。

詳細解讀：

根據(jù)國際標準IEEE（電氣和電子工程協(xié)會） 754，任意一個二進制浮點數(shù)V可以表示成下面的形式：

(-1)^S * M * 2^E

(-1)^S表示符號位，當S=0，V為正數(shù)；當S=1，V為負數(shù)。

M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2。

2^E表示指數(shù)位。

舉例來說：

十進制的5.0，寫成二進制是 101.0 ，相當于 1.01×2^2 。

那么，按照上面V的格式，可以得出S=0，M=1.01，E=2。

十進制的-5.0，寫成二進制是 -101.0 ，相當于 -1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2。

IEEE 754規(guī)定：

對于32位的浮點數(shù)，最高的1位是符號位s，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位為有效數(shù)字M。

對于64位的浮點數(shù)，最高的1位是符號位S，接著的11位是指數(shù)E，剩下的52位為有效數(shù)字M。

IEEE 754對有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定。

前面說過， 1≤M IEEE 754規(guī)定，在計算機內(nèi)部保存M時，默認這個數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的部分。比如保存1.01的時候c 數(shù)據(jù)儲存類型，只保存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(jié)省1位有效數(shù)字。以32位浮點數(shù)為例，留給M只有23位，將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數(shù)字。

至于指數(shù)E，情況就比較復(fù)雜。

首先c 數(shù)據(jù)儲存類型，E為一個無符號整數(shù)（ int）

這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0~ 255；如果E為11位，它的取值范圍0~2047。但是，我們知道，科學(xué)計數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內(nèi)存時E的真實值必須再加上一個中間數(shù)，對于8位的E，這個中間數(shù)是127；對于11位的E，這個中間數(shù)是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點數(shù)時，必須保存成10+127=137，即。

然后，指數(shù)E從內(nèi)存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(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再將有效數(shù)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(guī)定正數(shù)部分必須為1，即將小數(shù)點右移1位，則為

1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為:

，而尾數(shù)1.0去掉整數(shù)部分為0，補齊0到23位0，則其二進

制表示形式為: 0

E全為0

這時，浮點數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實值，有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.的小數(shù)。這樣做是為了表示±0，以及接近于0的很小的數(shù)字。

E全為1

這時，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無窮大（正負取決于符號位s）

解釋前面的題目：

#include
int main()
{
	int n = 9;
	//00000000000000000000000000001001 - 9的補碼
	//0 00000000 00000000000000000001010
	//(-1)^0 * 0.00000000000000000001010 * 2^-127
	//0.000000
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);//9
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);//0.000000
	*pFloat = 9.0;
	//1001.0
	//(-1)^0 * 1.001 * 2^3
	//s=0;
	//e=3;
	//m=1.001
	//0 100000010 00100000000000000000000
	//010000001000100000000000000000000
	printf("num的值為：%d\n", n);//1091567616
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);//9.0
	return 0;
}

下面，讓我們回到一開始的問題：為什么 還原成浮點數(shù)，就成了 0. ？

首先，將 拆分，得到第一位符號位s=0，后面8位的指數(shù) E= ，最后23位的有效數(shù)字M= 0。

9 -> 0 0 0000 1001

由于指數(shù)E全為0，所以符合上一節(jié)的第二種情況。因此，浮點數(shù)V就寫成：

V=(-1)^0 × 0.1×2 ^ (-126)=1.001×2 ^ (-146)

顯然，V是一個很小的接近于0的正數(shù)，所以用十進制小數(shù)表示就是0.

再看例題的第二部分。

請問浮點數(shù)9.0，如何用二進制表示？還原成十進制又是多少？

首先，浮點數(shù)9.0等于二進制的1001.0，即1.001×2^3

9.0 -> 1001.0 ->(-1) ^ 01.0012^3 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130

那么，第一位的符號位s=0，有效數(shù)字M等于001后面再加20個0，湊滿23位，指數(shù)E等于3+127=130，即。

所以，寫成二進制形式，應(yīng)該是s+E+M，即

0 0

這個32位的二進制數(shù)，還原成十進制，正是 。