《C语言深度解剖》(9):深度剖析数据在内存中的存储

2024-04-23 06:12

本文主要是介绍《C语言深度解剖》(9):深度剖析数据在内存中的存储,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

🤡博客主页:醉竺

🥰本文专栏:《C语言深度解剖》

😻欢迎关注:感谢大家的点赞评论+关注,祝您学有所成!


✨✨💜💛想要学习更多数据结构与算法点击专栏链接查看💛💜✨✨ 


1. 数据类型介绍

前面我们已经学习了基本的内置类型:

char        //字符数据类型
short       //短整型
int         //整形
long        //长整型
long long   //更长的整形
float       //单精度浮点数
double      //双精度浮点数
//C语言有没有字符串类型?

以及他们所占存储空间的大小。

类型的意义:

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. 如何看待内存空间的视角。 

1.1 类型的基本归类

整形家族: 

charunsigned charsigned char
shortunsigned short[int]signed short[int]
intunsigned intsigned int
longunsigned long[int]signed long[int]

字符在存储的时候存储的是ASCII码值,ASCII是整数,所以在归类的时候,字符属于整型家族 。

浮点数家族: 

float
double

构造类型:(自定义类型)

> 数组类型
> 结构体类型 struct
> 枚举类型 enum
> 联合类型 union

一个数组,把数组名去掉,剩下的就是这个数组的类型, 元素个数不一样,代表类型也不一样。

eg. int a[10] 和 int a[11]是不同的类型,第一个数组类型是int [10],第二个数组类型是int [11]. 所以说数组也是自定义类型。

指针类型 

int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;

C语言中所有“变量”的类型判断:把“变量”名去掉,剩下的就是该“变量”的类型。 

空类型: 

void 表示空类型(无类型)

通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。

2. 整形在内存中的存储

我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。 

那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的?

比如:

int a = 20;
int b = -10;

我们知道为 a 分配四个字节的空间。 那如何存储? 下来了解下面的概念: 

2.1 原码、反码、补码

计算机中的整数有三种2进制表示方法,即原码反码补码

三种表示方法均有符号位数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位

 正数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同。

原码

直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。 

反码 

将原码的符号位不变,其他位依次按位取反就可以得到反码。

补码 

反码+1就得到补码。 

对于整形来说:数据存放内存中其实存放的是补码。 

为什么呢?

在计算机系统中,数值一律用补码来表示和存储。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。 

我们看看在内存中的存储:

我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。

但是我们发现顺序有点不对劲。 这是又为什么? 

2.2 大小端介绍

什么大端小端: 

大端(存储)模式,是指数据的低位保存在内存的高地址中,而数据的高位,保存在内存的低地址中;

小端(存储)模式,是指数据的低位保存在内存的低地址中,而数据的高位,,保存在内存的高地址中。 

低位:指的是低权值位!

什么是数据的低位高位?

例如:十进制数:1356

1是数据的高位:千位 ;6是数据的低位:个位 

为什么有大端和小端: 

百度2015年系统工程师笔试题: 

请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序。(10分)

有两种方法实现:

但是两种方法实现的本质是一样的:选择一个简单的数字(这里选择的是数字1),判断其第一个字节存储的是什么,如果是0就是大端存储模式,如果是1就代表是小端存储模式。 

//代码1
#include <stdio.h>
int check_sys()
{int i = 1;return (*(char*)&i);
}
int main()
{int ret = check_sys();if (ret == 1){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return 0;
}
//代码2
int check_sys()
{union{int i;char c;}un;un.i = 1;return un.c;
}

这里简单解释一下方法2为什么也可以实现,到后面深入学习到联合体的时候会进一步详细讲解,这里可以先掌握方法1.

  1. 定义一个联合体(union),联合体是一个特殊的数据类型,所有成员都从同一内存位置开始,所以同一时间只能存储其中一个成员的值。在这个联合体中,定义了两个成员:一个整数 int i; 和一个字符 char c;

  2. 将联合体 un 的整数成员 i 赋值为1。由于 int 类型通常大于 char 类型,如果系统是32位的话,int 将占用4个字节,这样整数1在内存中的表示(在小端字节序系统中)通常会是 01 00 00 00。也就是说,最低有效字节(最小的地址)存储了值1,而其他字节存储0。

  3. 由于联合体成员共享内存,char c; 将访问整数 i 第一个字节的内容。在小端系统中,由于1被存储在了最低位字节,char c 会读取到值1。在大端系统中,值1会被存储在最高位字节,而 char c 会读取到0。

  4. 函数返回 char c 的值。如果返回值为1,则系统为小端字节序。如果返回值为0,则系统为大端字节序。


2.3 练习(重难点)

  • C语言中的整数类型可以分为两种:有符号和无符号。
  • 有符号整数可以表示正数、负数和零, 而无符号整数仅能表示正数和零。
  • 无符号整数确实采用直接的二进制表示,所有的位都用于表示值,没有符号位。无符号整数不使用原码、反码和补码的概念,因为这些都是有符号整数的表示方法。
  • 在无符号整数中,所有的位,包括最高位,都是数值的一部分,没有一个位是用作符号位的。最高位的1或0并没有特殊的含义,它仅仅是数值的一部分,与其他位一样参与数值的表示。
  • 使用%u格式控制符打印无符号整数时,会直接以其十进制值输出非负整数。
  • 因此,使用%u打印无符号整数时,并不需要考虑原码、补码和反码的问题。以无符号形式打印的结果就是该无符号整数的真实值 。

a是char类型一个字节只能放8个比特位,所以截断了一些比特位,然后再整形提升。

下面程序输出什么?

 

有/无符号位数,是对存储在内存中数据的补码的一种看待(使用)方式!

同一个数字存储在内存中的二进制数字是一样的。

如果是以无符号位数的格式打印%u,那就把内存中数据的补码当成没有符号的数字使用(看待),直接打印出来这串二进制代表的十进制整数即可。

若是打印有符号位数%d,要把补码转换成原码所代表的十进制数字打印出来。

总之,存储内存中的数据是一样的,只不过以不同的方式来使用。 

这段代码看似是想循环打印256次"hello world",但实际上,它会导致一个无限循环,并且会无限地打印"hello world"。原因在于变量i的类型是unsigned char。

在C语言中,unsigned char的取值范围通常是0到255。当i增加到255并执行i++后,按照期望,i会变成256。但是,由于unsigned char的取值上限是255,所以当i尝试增加到256时,它实际上会溢出并回绕到0(这是无符号整数溢出时的正常行为),导致for循环的条件i <= 255始终为真。

这里补充一下char类型的取值范围

3. 浮点型在内存中的存储

常见的浮点数:

3.14159
1E10
浮点数家族包括: float、double、long double 类型。
浮点数表示的范围:float.h中定义

3.1 一个例子 

 浮点数存储的例子:

输出的结果是什么呢?

3.2 浮点数存储规则 

这篇关于《C语言深度解剖》(9):深度剖析数据在内存中的存储的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/927990

相关文章

python使用fastapi实现多语言国际化的操作指南

《python使用fastapi实现多语言国际化的操作指南》本文介绍了使用Python和FastAPI实现多语言国际化的操作指南,包括多语言架构技术栈、翻译管理、前端本地化、语言切换机制以及常见陷阱和... 目录多语言国际化实现指南项目多语言架构技术栈目录结构翻译工作流1. 翻译数据存储2. 翻译生成脚本

golang内存对齐的项目实践

《golang内存对齐的项目实践》本文主要介绍了golang内存对齐的项目实践,内存对齐不仅有助于提高内存访问效率,还确保了与硬件接口的兼容性,是Go语言编程中不可忽视的重要优化手段,下面就来介绍一下... 目录一、结构体中的字段顺序与内存对齐二、内存对齐的原理与规则三、调整结构体字段顺序优化内存对齐四、内

Java深度学习库DJL实现Python的NumPy方式

《Java深度学习库DJL实现Python的NumPy方式》本文介绍了DJL库的背景和基本功能,包括NDArray的创建、数学运算、数据获取和设置等,同时,还展示了如何使用NDArray进行数据预处理... 目录1 NDArray 的背景介绍1.1 架构2 JavaDJL使用2.1 安装DJL2.2 基本操

最长公共子序列问题的深度分析与Java实现方式

《最长公共子序列问题的深度分析与Java实现方式》本文详细介绍了最长公共子序列(LCS)问题,包括其概念、暴力解法、动态规划解法,并提供了Java代码实现,暴力解法虽然简单,但在大数据处理中效率较低,... 目录最长公共子序列问题概述问题理解与示例分析暴力解法思路与示例代码动态规划解法DP 表的构建与意义动

Go语言中三种容器类型的数据结构详解

《Go语言中三种容器类型的数据结构详解》在Go语言中,有三种主要的容器类型用于存储和操作集合数据:本文主要介绍三者的使用与区别,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录基本概念1. 数组(Array)2. 切片(Slice)3. 映射(Map)对比总结注意事项基本概念在 Go 语言中,有三种主要

Redis的数据过期策略和数据淘汰策略

《Redis的数据过期策略和数据淘汰策略》本文主要介绍了Redis的数据过期策略和数据淘汰策略,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一... 目录一、数据过期策略1、惰性删除2、定期删除二、数据淘汰策略1、数据淘汰策略概念2、8种数据淘汰策略

轻松上手MYSQL之JSON函数实现高效数据查询与操作

《轻松上手MYSQL之JSON函数实现高效数据查询与操作》:本文主要介绍轻松上手MYSQL之JSON函数实现高效数据查询与操作的相关资料,MySQL提供了多个JSON函数,用于处理和查询JSON数... 目录一、jsON_EXTRACT 提取指定数据二、JSON_UNQUOTE 取消双引号三、JSON_KE

C语言中自动与强制转换全解析

《C语言中自动与强制转换全解析》在编写C程序时,类型转换是确保数据正确性和一致性的关键环节,无论是隐式转换还是显式转换,都各有特点和应用场景,本文将详细探讨C语言中的类型转换机制,帮助您更好地理解并在... 目录类型转换的重要性自动类型转换(隐式转换)强制类型转换(显式转换)常见错误与注意事项总结与建议类型

Python给Excel写入数据的四种方法小结

《Python给Excel写入数据的四种方法小结》本文主要介绍了Python给Excel写入数据的四种方法小结,包含openpyxl库、xlsxwriter库、pandas库和win32com库,具有... 目录1. 使用 openpyxl 库2. 使用 xlsxwriter 库3. 使用 pandas 库

SpringBoot定制JSON响应数据的实现

《SpringBoot定制JSON响应数据的实现》本文主要介绍了SpringBoot定制JSON响应数据的实现,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们... 目录前言一、如何使用@jsonView这个注解?二、应用场景三、实战案例注解方式编程方式总结 前言