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c语言数据存储与原码反码补码详细解析

2024-04-02 19:04:59 168人浏览安东尼

摘要

目录前言1.数据的类型介绍1.1整形家族2.整形在数据内存中的存储2.1 原码反码和补码（三种整型数的表示方法）2.2大小端字节序序的介绍2.3 练习3.浮点型在内存中的存储3.1

前言

学习本章你会了解：

1.数据类型详细介绍

2.整形在内存中的存储：以及了解原码、补码、反码

3.大小端字节序的介绍和判断

4.浮点型在内存中的存储解析

1.数据的类型介绍

在学习数据储存之前，让我们先认识一下数据类型。以下这些数据类型是我们初学C语言时的基础类型以及大小所占字节数。

比如	所占字节数	类型
char	1	//符数据的类型
shot	2	//短整型
int	4	//整形
long (规定sizeof(long)>=sizeof(int) )	4	//长整型
long long（部分编译器不支持）	8	//更长的起整数
float	4	//单精度浮点数
double	8	//双精度浮点数

还有构造类型：

数组类型

结构体类型struct

枚举类型enum

联合类型uNIOn

指针类型：

int* pa;

char* pb;

float* pc;

void* pd;

除了以上类型，实际上还有布尔类型：_Bool（专门用来表示真假的类型）

举个栗子（在c99中可用）


#include<stdio.h>
#include<stdbool>
main()
{
_bool flag=true;
if(flat)
printf("hello world")
return 0;
}              //结果就会打印一个hello world

1.1整形家族

整形家族中包括int short long，还有char。

char也是整形家族中的吗？

答案是：是的，因为char对应的字符的ascii码值中，字符对应的就是整形。

在这些整形类型之中，还可以分为无符号整形和有符号整型：

int=signed int

short=signed short

long=signed long

那是否char 等于 signed char呢

结果又跟其他整形家族中的成员不同，在标准情况下char不是等于sign char~（但是在常规编译器中是相等的）。

2.整形在数据内存中的存储

我们知道变量创建就是开辟空间，开辟空间的大小由数据的类型来决定。

那么数据在所在的空间是怎样储存的呢？

在vs2019中输入：


int    a=20；
int    b=-10；

就代表在内存中开辟四个字节的空间

其中14 00 00 00 就是a十六进制对应反码的值

和前面相同，f6 ff ff ff就是b十六进制对应反码的值

我们都知道计算机都是以二进制来存储信息，那为什么在内存图中看到的是十六进制呢？

这仅仅是便于观察，当以十六进制储存时，有没有感到反码有点长呢，如果换成二进制就更不宜观察了，故规定以十六进制来保存。

提到这里，什么是反码呢？为什么又反码的出现呢？

2.1 原码反码和补码（三种整型数的表示方法）

原码：原码就是数字对应二进制的表示方法，其中最后一位数字是符号位，表示正负的，

而小字节序就是二进制对应的是数。

如a的原码是：0000 0000 0000 0000 0000 1010

反码：反码的数值就是在原码的基础之上进行转换过来的，当数值为正数时，反码的数据大小跟原码相同，当数值是负数是，其反码的值就是在原码的基础上，除了符号位，其他位都是按位取反。

补码：补码数值为正数时，其值大小就是原码，为负时，其值的大小就是在反码的基础之上，在进行加一。

原码得到补码取反加一即可，其实补码得到原码也是取反加一（感兴趣的可以试试）

举个栗子：

a的原码反码补码

原：0000 0000 0000 0000 0001 0100

反：0000 0000 0000 0000 0001 0100

补：0000 0000 0000 0000 0001 0100

b的原码反码补码

原：1000 0000 0000 0000 0000 1010

反：1111 1111 1111 1111 1111 0101

补：1111 1111 1111 1111 1111 0110

那我们系统会出现原码反码和补码三种表示方法呢，一种表示方法不行吗？

我们能想到的，科学家也能想到，但一种表示方法有缺陷。

就比如说：当计算1+（-1）的时候（计算机只能实现加法的运算）

统一用原码的结果是

0000 0000 0000 0000 0000 0001

1000 0000 0000 0000 0000 0001

结果是1000 0000 0000 0000 0000 0010

用补码计算的结果是：

0000 0000 0000 0000 0000 0001

0111 1111 1111 1111 1111 1111

结果是1000 0000 0000 0000 0000 0000 也就是0

你是不是瞬间知道为什么要三种表示方法，为什么有补码的存在了

有没有get到科学家的伟大之处

2.2大小端字节序序的介绍

大小端字节序分别是哪一种？

a在内存中的数值44 33 22 11就是小端字节序

那大端字节序就是11 22 33 44

大小端字节序的定义是什么？

大端字节序：当一个数的低字节序放在高地址处，或者高字节序的放在低地址处时，就是我们所说的大端字节序。

小端字节序：当一个数的高字节序放在低地址处，或者低字节序的放在高地址处时，就是我们所说的小端字节序。

放在倒着就是小端字节序，记住它即可。

为什么数据要分大小端字节序呢？

大小端字节序来源于于乔纳森·斯威夫特的小说《格列佛游记》，这是因为在计算机系统中，我们都是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit，但是在c语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit的long型（看具体编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例外16位的或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如何将多个字节序排序的问题。因此就导致了大端存储模式，和小端存储模式。

那么怎么判断大小端字节序呢？

下面由一个例题来讲解：(这是百度2015年系统工程师的笔试题）

用代码来判断系统大小端字节序：


int a；
 
char*pa=(char*)&a;
 
if(*pa==1)
 
printf("小端字节序“）;
 
else
 
printf（“大端字节序”）;

2.3 练习

题一：


//输出结果是什么
#include<stdio.h>
int main()
{
char a=-1;
signed char b=-1;
unsigned char c=-1;
printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);
return 0
}

输出的结果分别是-1 -1 255

前面两个很容易理解 signed char与char意思都是有符号的整数，所以打印的结果都是-1.

都是对于无符号来说这时候就要进行整形提升了

当char型以整形来打印时过程如下：

原码：10000001

反码：11111110

补码：11111111

unsigned整形提升后：0000 0000 0000 0000 1111 1111

这是的补码同样也是： 0000 0000 0000 0000 1111 1111

就是最终c的值。

题二：


#include<stdio.h>
 
int main()
{
char a=-128;
printf(%u\n",a);  //u就是以无符号的类型打印出来
return 0;
}

-128的原码： 1000 0000 0000 0000 1000 0000

反码1111 1111 1111 1111 0111 1111

补码1111 1111 1111 1111 1000 0000

因为是char型补码提取后：10000000

正进行整形提升，因为char是无符号整形，所以提升后：

1111 1111 1111 1111 1000 0000

再以无符号整形形式打印后原反补相同即：1111 1111 1111 1111 1000 0000

再转化成十进制：4294967169

运行证明以如下

数据的范围是多少呢？unsigned char与char存放的数据是否相等呢？

事实证明char与unsigned char数据范围并不一样

char的整形数据范围是-128~127，而unsigned char的范围是0~255；

（short 与unsigned short的整形取值范围也不一样

short的整形数据范围是-32768~32767，而unsigned short能存储的数据范围则是0~65535

3.浮点型在内存中的存储

首先列出一个常见浮点数表示方法：

1E10 可能你并不知道这是什么意思；

实际上他的意思是1.0*10^10;

3.1 先举一个例子


#include<stdio.h>
int main()
{
int n=9;
float*pFloat=(float*)&n;
printf("n的值为:%d\n",n);
printf("*pFloat的值为：%f\n",pFloat);
*pFloat=9.0;
printf("num的值为：%d\n",n);
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
return 0;
}