数据的储存

2023-10-26

数据的存储在C语言中无疑是一个难点，但是也要充满信心征服他的信心，翻过这座山，会看到更广阔的天空。

基本数据类型

整型家族

基本数据类型

想要明白数据的存储首先要知道有哪些基本的数据类型。

基本数据类型有如下几种：

整型家族

整数家族包含int、sfotr、long还有char。

为什么会有char类型吗？它不是字符类型吗？

是因为字符在存储时就是ASCLL码值，所以在存储的时候被分为整型家族。

int、sfotr、long、char

又细分为有符号和无符号类型，一般情况下signed 可以省略不写。也就是 int 等价于 signed int

但是char 就比较特殊

char 不一定等于 unsigned char 也不一定等于signed char 这最终取决于编译器。

常见的编辑器上就是char == signed char

浮点数家族

浮点数类型的存储和整型的存储截然不同，参考浮点型在内存中的存储解析

float

double

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

指针类型

指针类型就是各种类型的指针

int* p;

char*p;

float* p;

void* p;

空类型

void 表示空类型

常用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。

大小端字节序介绍和判断

在开始数据类型的存储前首先需要明白什么是大小端！

大小端字节序说明白就是数据在电脑上存储的字节顺序。

我们能明白在计算机系统中，数据是以字节为单位的，每个地址单元都存放着一个字节。

而对于位数大于8 的处理器，例如16或32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在一个如何将多个字节安排的问题，因此就导致了大小端的存储模式

说人话就是 char 类型存储的时候（不考虑整型提升），放进去自然就不用考虑放置顺序，直接用就可以。但是int 类型不可以，一个int 类型就是4个字节也就是32比特位，放入后一个字节一个字节放置，需要考虑放置顺序，在众多存放顺序中最后就出现了两种存储模式：大端存储模式、小端存储模式。

大端储存（大端字节序存储）模式：是指数据地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，

小段存储（小端字节序存储 ）模式：是指数据的地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，

比如我需要存储一个int i = 20;

换算为16进制 i = 0x14;

大小端在内存中的储存方式如下图：

而且我们平时用的编辑器一般都是小端存储。

怎么让计算机判断是大端存储，还是小端存储？

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>

void judgeEnds()
{
    int a = 1;           //a 的16进制位 0x00 00 00 01
    if ((char*)&a)       //通过取a的第一个字节来判断是不是大小端
    {
        printf("小端");
    }
    else
    {
        printf("大端");
    }
}

int main()
{
    
    judge();             //调用judgeEnds判断大小端

    return 0;
}

整形在内存中的存储

整型在内存中的存储方式就是补码。

但是为什么是用补码呢？

1·使用补码，可以是符号位和数值域统一处理，防止0有两个编码。

2·让减法变成加法来处理（这是因为CPU只有加法器）。

3·补码于原码的相互转换条件是相同的，不需要额外的硬件电路。

正数的原码、反码、补码相同

int a = 10;
//00000000000000000000000001010 - 原码
//00000000000000000000000001010 - 反码
//00000000000000000000000001010 - 补码

负数的原码、反码、补码就有一定的差异了

int b = -10;
//10000000000000000000000001010 - 原码
//11111111111111111111111110101 - 反码    反码 = 除了符号位，其他位，按位取反
//11111111111111111111111110110 - 补码    补码 = 反码 + 1

现在我们计算一个10 - 10！

int a = 10;
int b = -10;
//如果用原码来计算的话 10 - 10 = 10 + （-10）
int c = a + b;
//00000000000000000000000001010 - a - 原码
//10000000000000000000000001010 - b - 原码
//10000000000000000000000010100 - c - 原码
//明显不对
//但是用补码就可以完美计算出10 + (-10) = 0
//00000000000000000000000001010 - a - 补码
//11111111111111111111111110110 - b - 补码 
//00000000000000000000000000000 - c - 补码

浮点型在内存中的存储

浮点数的存储规则是根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会） 754，任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：

（-1）* S * M * 2^E

（-1）* S 表示符号位。

M表示有效数字，大于等于1，小于2。

2^E表示指数位。

就拿5.5举例来说

5.5转换为2进制位就是 1 0 1 . 1

就可以写成（-1）* 0 * 1.011 * 2 ^ 2

其中 M 、S 相当好理解，但是E就感觉有点疑惑

如果是0.75 写作（-1）* S * M * 2^E 就是 （-1）* 0 * 1.1 * 2 ^ -1

对！问题就是-1 因为内存中存储的是二进制位，所以怎么可能会出现负数呢？

这时候就需要对E进行补充说明了：

E是一个无符号整数

E为8位就是 0~255 E为11位就是0~2047

但是科学计数法中的E可以出现负数。

所以存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数对于8位数时127 11位数是1023

E不全为0，不全为1

遵循中间值的守则该怎么算就怎么算。

E全为0

有效数字M不再加上第一位1，而是还原为0.xxxx的小数，这样做是为了表示+0，-0，以及很接近0的很小的数字。

E全为1

有效数字M全为0，表示+-无穷大。

说完S、M、E 后就是float、double 类型的存储了

由上图可见，单精度双精度之间相差的可不是一点半点。

float S 1位 E 8位 M 23位

double S 1位 E 11位 M 52位

所以想要数字更准确，用double 类型还是好的。

练习

最后还有一个小练习：

int main()
{
    int n = 16;
    float *pFloat = (float *)&n;
    printf("n的值为：%d\n",n);
    printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
    *pFloat = 16.0;
    printf("num的值为：%d\n",n);
    printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
    return 0;
}

提示：可以根据E的取值来帮助判断。

最后的解答为：

相信你，翻过这座山会看到更广阔的天空！

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