万字总结数据存储，三大知识点

🧸🧸🧸各位巨佬大家好，我是猪皮兄弟🧸🧸🧸

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！！！！

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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

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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

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

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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

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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和数值位两部分

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

例图：

数据的表示形式

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：

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、

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

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;
}

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

//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

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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

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;
}

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？

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;
}

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
	用%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

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

好了，今天的扫雷游戏就到这里，感谢大家对猪皮的支持！！！

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七、五彩斑斓的一些废话

        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