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万字总结数据存储,三大知识点

2022-07-07 18:25:00 猪皮兄弟

🧸🧸🧸各位巨佬大家好,我是猪皮兄弟🧸🧸🧸
在这里插入图片描述
这里是下面要讲的知识内容🥳🥳🥳

前言

    今天我们学习的内容是数据的存储(包括大小端字节序)下面的内容非常之硬核,拿上小板凳,今天的内容正式开始!!!!


一、数据存储存在的意义

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)
2.类型决定如何看待内存空间的视角


二、类型的基本归类

1.整型家族

整型家族:(虽然char是字符类型,但是字符类型存储的时候,存储的是字符的ASCLL码值,ASCLL码值是整数,所以归类到整型家族),下面附上一张图来叙述

在这里插入图片描述
总的来说,就是有符号和无符号的概念

2.浮点型家族

浮点型家族:
float,double,long double

3.构造类型

构造类型 (自定义类型,自己去创造)
·数组类型
·结构体类型 struct
·枚举类型 enum
·联合类型 union

4.指针类型

5.空类型

空类型(也就是void类型,也叫无类型)
void test(void)//不需要parameter时,可以写成void,也可以不写
有一种指针是void*类型的指针


三、整型提升与算术转换(下面的计算会用到)!!!

1.隐式类型转换

概念:
C的整型算术运算总是至少以缺省整型类型的精度来进行的。

为了获得这个精度,表达式中的字符和短整型操作数在使用前被转换为普通整型,这种转换称为整型提升。

2.整型提升的意义

    表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执行,CPU内整型运算器ALU的操作数的字节长度一般就是int的字节长度,同时也是CPU的通用寄存器的长度。
因此,即使两个char类型的相加,在CPU执行时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准长度。(也就是int)
表达式中各种长度可能小于int长度的整型值,都必须转换为int 或unsigned int,然后才能送入CPU去执行运算

3.整型提升的相关计算

无符号数也就是unsigned类型的数,它与有符号数signed类型相比,最高位就不是符号位了,也用来算数据大小
比如
在这里插入图片描述

在整型提升的时候,如果最高位是1则补1,如果最高位是0,则补0;
小于整型的都转换为int 或unsigned int
然后再参与运算

例1
char a=-1;
10000000 00000000 00000000 00000001//-1的原码
11111111 11111111 111111111 11111111//-1的补码
11111111    int类型—>char类型(发生截断)
printf(“%d”,a);,因为%d是打印有符号整型的,所以需要int类型,char类型只有一个字节的大小,不够,所以发生整型提升
11111111 11111111 11111111 11111111发生整形提升

char a=-1;
10000000 00000000 00000000 00000001//-1的原码
11111111 11111111 111111111 11111111//-1的补码
11111111    int类型—>char类型(发生截断)
printf(“%d”,a);,因为%d是打印有符号整型的,所以需要int类型,char类型只有一个字节的大小,不够,所以发生整型提升
11111111 11111111 11111111 11111111发生整形提升

例二
char a=5
存的是00000101(第一位当符号位看)
char b=126
存的是01111110(第一位当符号位看)
char c=a+b;
00000101
01111110
在加的时候达不到一个整型,会发生整形提升
00000000 00000000 00000000 00000101-a
00000000 00000000 00000000 011111110-b
00000000 00000000 00000000 10000011
再截断
10000011-c
11111111 11111111 1111111 10000011
1000000 0000000 0000000 01111101-c的原码(符号位不变,其他位按位取反)
所以得到-125

4.算术转换

算术转换也就是字节小的数据类型向字节大的数据类型发生转换


四、整型在内存中的存储

    首先呢,数据在计算机中的存储都是二进制的,不同的类型只是存的方式有所不同。

计算机中整型有三种表示方法:原码、反码、补码
注意了,是整型,浮点型是不说原反补码的

原码、反码、补码

①正负数原反补码的转换方法

整型在内存中存的是补码
三种表示方法都有符号位数值位两部分

计算方法如下:
1.正数的原码反码补码都相同
2.负数额原码,反码,补码表示方式各不相同
    负数的反码等于原码除符号位外其他位按位取反
    再反码的基础上,再加1就得到了该负数的补码
3.负数的补码----->原码
    可以先将负数的补码-1再除符号位外按位取反
    也可以将负数的补码除符号位外按位取反再1
在这里插入图片描述

例图:
在这里插入图片描述

数据的表示形式
在这里插入图片描述

②数据为什么是以补码的形式存储

在计算机系统中,数值一律用补码来表示
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中只有加法器),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

这里有个例子可以说明CPU中没有减法器
例图:在这里插入图片描述

而内存中如果存的是1000…后面一堆零
       比如char 类型的 10000000 (补码),他没有可减的了,会直接被解析成-128,这是很重要的

③举几个例子

一、
在这里插入图片描述

打印无符号数的值要用%u
%u是打印无符号数,意思是你要我打印的一定是无符号数,不是无符号数我也认为是无符号数
%d是打印有符号数的,意思是你要我打印的一定是有符号数,不是有符号数我也认为是有符号数
但是unsigned int ch=-10;
就已经把ch赋值成正数了(因为ch的类型是unsigned char);所以下面用%d和%u打印都没关系



但是下面这样就不行了
在这里插入图片描述

再比如:(整型提升在上面讲到过)

int main()
{
    
	char a = -128;
	//-128补码11111111 11111111 11111111 10000000
	//存到a中发生截断 10000000

	//要发生整型提升/因为高位是1,所以补1
	//11111111 11111111 11111111 10000000
	printf("%u",a);
	return 0;
}
int main()
//{
    
	int i = -20;
	10000000 00000000 00000000 00010100
	11111111 11111111 11111111 11101011
	11111111 11111111 11111111 11101100
	unsigned int j = 10;
	00000000 00000000 00000000 00001010
	printf("%d\n",i+j);
	11111111 11111111 11111111 11110110
	10000000 00000000 00000000 00001010
	//结果-10
	return 0;
}

在这里插入图片描述

对于char类型的存储来说,知道了这个就可以做下面那个题了
在这里插入图片描述

//题目1
#include <string.h>
int main()
{
    
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
    
		a[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d",strlen(a));
	//255(因为遇到0就结束了,所以少了一个,不是256)
	return 0;
}
//题目2
unsigned char i = 0;
int main()
{
    
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
    
		//因为i的值会在0-255之间循环,所以结果是死循环

		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

到了这里,整数在计算机当中的存储就讲完了,喝口茶,接下来,我们继续研究浮点数在计算机当中的存储

在这里插入图片描述


五、浮点数在内存当中的存储

常见的浮点数:
3.14159
1E10//这是浮点数的科学计数法的表示形式,也就是1.0*10^10
浮点型家族包括 float,double ,long double
浮点数表示的范围是在float.h中定义的

在这里插入图片描述

1.整数和浮点数在内存当中的存储的差异

先看看下面的代码,你觉得它的值是什么呢


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

在这里插入图片描述
结果和你想的是不是一样的呢?

float a=5.5;
5.5的二进制并不是101.101,那么它该等于多少呢?
我们知道,二进制111每位分别表示的是
1x(2^1) 、1x(2^1) 、 1x(2^0)

那么,0.5就是1x(2^-1)
所以,5.5的二进制其实是101.1
用科学计数法来表示的话,就是1.001 * 2^2
再加上符号位的话就是(-1)^0 * 1.001 * 2^2

那么9.0该如何表示呢?
在这里插入图片描述

那3.14呢?
3.14的二进制存储其实是
11.00000…(后面有很多个0或1),目的是让他尽可能的接近3.14
所以,从这可以看出很多浮点数在计算机当中不能精确保存


所以,也不能用浮点数来做比较,只能是用浮点数来减去某一个值,判断结果是否在你规定的误差范围内

2.浮点数的存储

IEEE 754规定
SME
对于32位的浮点数,最高的1位是符号位S,接着的8位是指数E,剩下的23位为有效数字M
对于64位的浮点数,最高的1位是符号位S,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M

因为在计算机内部保存的时候,默认这个数的第一位总是1,因此可以被舍去,只保存后面的xxxxx部分。比如保存1.01时,只保存01,这样就可以节省一位空间,使精度更高

对于指数E
首先,E为一个无符号整数
这意味着,如果E为8位,那么范围是0-255,如果E为11位,那么范围是0-2047
但是,我们知道E是可以为负的,就像上面这个例子
所以IEEE 754又规定
存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数,对于8位的E,这个中间数是127;对与11位是1023
也就是说存-1的时候先加上127或者1023,加正数的时候也是这样
目的是为了使负数变成正数

int main()
{
    
	float f = 5.5;
	101.1
	(-1)^0*1.011*2^2
	S=0;//S是符号位
	E=2;   2+127=129 10000001// E所占的8个bit是无符号整型
	M=1.011
	存储到内存;
	0 10000001 01100000000000000000000//M保存011,后面补0
	化成十六进制
	0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000
	结果应该是0x40b00000
	return 0;
}

在这里插入图片描述
这里的地址呢就涉及到了大小端的问题,在下面会讲解

指数E从内存中取出来还可以分为三种情况
E不全为0或不全为1
那么就-127或-1023得到真实值(因为前面加了127或者1023)

E为全0
这时,1-127(或者1-1023)就是真实值
有效数字也不再加上前面的1,直接还原为0.xxxxxx的小数,这样做是为了表示±0,以便接近于0的很小的数字
E为全1
这时,如果有效数字M全为0,表示±∞(正负取决于符号位S)

int main()
{
    
	int n = 9;
	00000000 00000000 00000000 00001001
	//浮点数认为是
	0 00000000 00000000000000000001001
	认为真实的
	E是1-127 -> -126
	M是0.00000000000000000001001
	S是0
	(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2(-126) ->0.000000
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为:%d\n",n);
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	*pFloat = 9.0;//1001.0
	S=0,M=1.001, E=3  (3+127存进去)
	0 10000010 00100000000000000000000
	%f打印就是9.000000%d打印他又认为是很大的一个整数
	printf("n的值为:%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

六、大小端字节序

1.大小端字节序存储的概念

数据的左边是高位,右边是低位
在这里插入图片描述

大小端字节序存储的概念
1.大端字节序存储:把一个数据低位字节处的数据存放在高地址,把高位字节处的数据存放在低地址处。
2.小端字节序存储:把一个数据低位字节处的数据存放在高地址,把高位字节处的数据存放在低地址处。

2.为什么会有大小端字节序

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个bit,但是在C语言中,除了8bit的char外,还有16bit的short,32bit的long,int这些。
对于位数大于8bit的处理器,例如16位或32位的处理器,由于寄存器的宽度大于一个字节,那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大小端模式的出现

3.大小端字节序的简单判断

在这里插入图片描述

好了,今天的扫雷游戏就到这里,感谢大家对猪皮的支持!!!


        当你看到这里,相信上面的内容已经倒背如流了吧‍️‍️‍️。各位巨佬如果觉得有帮助的话,还望各位父老乡亲动动小手指点点点。一键三连有问题吗?没有问题,这都是什么?人情世故
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