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数据在内存中的存储

1.整数在内存中的存储

整数的二进制表示方法有三种:原码,反码,补码。

三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位最
高位的⼀位是被当做符号位,剩余的都是数值位。
正整数的原反补相同。
负整数则不同。
原码:正负整数所对应的二进制形式
反码:原码按位取反
补码:反码+1
对于整形来说:内存中存放的是数据的补码。
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。

2.大小端字节序

现在有下述代码
int main()
{
int a = 0x11223344;

return 0;
}

这里定义了a是个十六进制的数,通过调试可以发现他在内存中的字节是倒着存的。

2.1 大小端

数据是在内存中进行存储的方式。

这里简单画个图,以上几种存储方式都是没错的,数据在进行存储后,拿出来还是原来的值就行。

但如果是3 和 4这种存储方式,就比较无序,取数值的时候就较为麻烦。

所以一般都采用的是1 或 2的存储方式。

超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候,就有存储顺序的问题,按照不同的存储顺序,分为大端
字节序存储和小端字节序存储,下面是具体的概念:
大端(存储)模式:是指数据的低位字节内容保存在内存的高地址处,而数据的高位字节内容,保存在内存的低地址处。
小端(存储)模式:是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处,而数据的高位字节内容,保存在内存的高地址处。
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
bit 位,但是在C语言中除了8 bit 的 char 之外,还有16 bit 的 short 型,32 bit 的 long 型(要看
具体的编译器),另外,对于位数大于8位的处理器,例如16位或者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安排的问题。因此就导致了大端存储模式和
小端存储模式。

2.2 判断当前机器的字节序

判断字节序的方法就是取出一个变量的一个字节,判断他是倒着存还是正着存,最简单的方法就是判断1。

这是1的16进制格式,如果取出来的是00那么就是大端,取出来的是01就是小端。

int judge(void)
{
int n = 1;
return *((char)&n);
}
将n强制类型转换成char类型,那么就只取出一个字节,解应用,是00就返回0,是01就返回1。

3 浮点数在内存中的存储

3.1 实例

现有下述代码

int main()
{
int n = 5;
float *m = (float*)&n;
printf("n = %d\n", n);
printf("m = %f\n", *m);

*m = 5.0;
printf("n = %d\n", n);
printf("m = %f\n", *m);
return 0;
}

n与*m中在内存中明明是同一个数吗,但输出结果却差异巨大。由此可见,浮点数与整数在内存中的存储是存在差异的。

3.2 存储方式

根据国际标准IEEE(电和电⼦⼯程协会) 754,任意⼀个⼆进制浮点数V可以表示成下面的形式:
2^E是2进制的科学计数法
那么按照上述说法,5.0的二进制就可以写成101.0 ,也就是1.01 * 2 ^2,那么,S = 0 ,M = 1.01,E=2
-5.0的二进制就是-101.0,也就是-1.01*2^2,那么S = 1,M=1.01,E =2
IEEE 754规定:
对于32位的浮点数,最⾼的1位存储符号位S,接着的8位存储指数E,剩下的23位存储有效数字M
对于64位的浮点数,最高的1位存储符号位S,接着的11位存储指数E,剩下的52位存储有效数字M

3.2.1 浮点数存的过程

IEEE 754 对有效数字M和指数E,还有⼀些特别规定。
1 M<2 ,也就是说,M可以写成 1.xxxxxx 的形式,其中 xxxxxx 表示小数部分。
IEEE 754 规定,在计算机内部保存M时,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 xxxxxx部分。比如保存1.01的时候,只保存01,等到读取的时候,再把第⼀位的1加上去。
这样做的目的,是节省1位有效数字。以32位浮点数为例,留给M只有23位,将第⼀位的1舍去以后,等于可以保存24位有效数字。
至于指数E,情况就比较复杂
首先,E为⼀个无符号整数(unsigned int)
这意味着,如果E为8位,它的取值范围为0~255;如果E为11位,它的取值范围为0~2047。
但是,我们知道,科学计数法中的E是可以出现负数的,所以IEEE 754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;对于11位的E,这个中间数是1023。
比如,2^10的E是10,所以保存成32位浮点数时,必须保存成10+127=137,即10001001。

3.3.2 浮点数取的过程

指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:
E不全为0或不全为1(一般情况)
这时,浮点数就采用下面的规则表示,即指数E的计算值减去127(或1023),得到真实值,再将有效数字M前加上第⼀位的1。
比如:0.5 的⼆进制形式为0.1,由于规定正数部分必须为1,即将小数点右移1位,则1.0*2^(-1),其 阶码为-1+127(中间值)=126,表示为01111110,而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位
00000000000000000000000,则其⼆进制表示形式为:
E全为0(特殊情况)
这时,浮点数的指数E等于1-127(或者1-1023)即为真实值,有效数字M不再加上第⼀位的1,而是还原为0.xxxxxx的小数。这样做是为了表示±0,以及接近于0的很小的数字。
E全为1(特殊情况)
这时,如果有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位s)

4 看回实例

nt main()
{
int n = 5;
float *m = (float*)&n;
printf("n = %d\n", n);
printf("m = %f\n", *m);

*m = 5.0;
printf("n = %d\n", n);
printf("m = %f\n", *m);
return 0;
}

调出计算机看下二级制序列对不对


原文地址:https://blog.csdn.net/2303_80472275/article/details/137255141

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