0
点赞
收藏
分享

微信扫一扫

《小猫猫大课堂》三轮1——深度解析数据在内存中的存储

爱喝酒的幸福人 2023-01-06 阅读 55

4b04b060d3e04b489b03bd33f036c8a9.png

宝子,你不点个赞吗?不评个论吗?不收个藏吗?

最后的最后,关注我,关注我,关注我,你会看到更多有趣的博客哦!!!

喵喵喵,你对我真的很重要。

 

目录

 前言

类型的基本归类

整形家族

浮点数家族

构造类型

指针类型

空类型

整形在内存中的存储

原码,反码,补码

数据存放内存中其实存放的是补码。

大小端介绍

浮点数存储规则

浮点数存储规则

课后习题(答案在图片后面)

总结


前言

 呜呜呜,被它打败了,三轮的知识有点难理解,希望小喵能说明白。只希望,你明白,小喵也应该明白了,有点遭不住,但喵也会扛下去的,要相信光——啊。哈哈哈哈哈~~~

二轮和三轮同步更新,希望你和小喵携手同行,让我们把知识吃得透透的,便好。

感觉以前一轮的内容不够详细,以后有时间,小喵会将它回炉重造,不断升级,只为呈现更好的。

那么,希望小喵可以做到,就麻烦你监督一下了。


类型的基本归类


整形在内存中的存储

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。

  • 原码,反码,补码

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、反码和补码。

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

正数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同。

  • 数据存放内存中其实存放的是补码。

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。

  • 大小端介绍

48a47f4d56174940adb87813c0841d8b.png

设计一个判断大小端字节序的小程序(我们可以通过首个字节来陪判断)

//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;
}

下面输出什么?(建议每一个都去实践一下,会有不一样的收获呢!)

9c8a51d6064e4892a45aeea193b8197e.png

顺序是,原码,反码,补码,截断,整型提升

c17c162479684f848166ace484de7253.png 5668827e97ab435284723eaed9c61040.png

 a31f2a1c57224e9fbdabcbeeb571867d.png

//#include <stdio.h>
//int main()
//{
//	char a = -128;
//	//10000000000000000000000010000000
//	//11111111111111111111111101111111
//	//11111111111111111111111110000000 -128的补码
//	//10000000 - a
//	//11111111111111111111111110000000
//	//
//	printf("%u\n", a);
//
//	return 0;
//}

 901012eada4a4d40b6cfe29bff56c3d9.png

cfb82e24e4a24fa2908b8612b2456800.png

 int i= -20;

unsigned int j = 10;

printf("%d\n", i+j);

//按照补码的形式进行运算,最后格式化成为有符号整数

逢二进一

 dd30ffe495574454bc5b57c0770c1d9e.png

504edd7582084fe38a1ba8a62fab568b.png

eac9bbeda44541b0b2d3070cd35e2582.png

bda0cd94546341148fd1fd2fb587e3fc.png       答案:255

9831ac4fe1e64e87a20e922a1855c392.png

00ac3c6237794433b4fcf723f4f13c5e.png

b9b14ba1e0484177bbdc4d686f97c405.png


浮点数存储规则

  • 举个栗子

d973fa610de64d73a2b0e0e9ce73cdab.png

结果如下

376f2a27e98344b9b0b3852db94e910b.png

宝子,你知道为什么吗?希望你看来下面的东西,可以自己解决它。

  • 浮点数存储规则

num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数,为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大? 要理解这个结果,一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。

详细解读:

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,当S=0,V为正数;当S=1,V为负数。

M表示有效数字,大于等于1,小于2。

2^E表示指数位。

举例来说:

十进制的5.0,写成二进制是 101.0 ,相当于 1.01×2^2 。

那么,按照上面V的格式,可以得出S=0,M=1.01,E=2。

十进制的-5.0,写成二进制是 -101.0 ,相当于-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。

4c7a21c83bc44fd0a92d8e36013bf8be.png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。

8431d2f70ed14f559728717eb801990a.png IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定。

前面说过, 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。

然后,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

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(1/2)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,则为 1.0*2^(-1),其阶码为-1+127=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:

564f541d14ed4c0498bc465272af2a63.png

E全为0

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

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)

 好了,关于浮点数的表示规则,就说到这里。

解释前面的题目:

下面,让我们回到一开始的问题:为什么 0x00000009 还原成浮点数,就成了 0.000000 

首先,将 0x00000009 拆分,得到第一位符号位s=0,后面8位的指数 E=00000000 ,

最后23位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。

0c6cd83584b7455b834dd938a0a8cfe3.png

由于指数E全为0,所以符合上一节的第二种情况。因此,浮点数V就写成:

V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)

显然,V是一个很小的接近于0的正数,所以用十进制小数表示就是0.000000。

再看例题的第二部分。

请问浮点数9.0,如何用二进制表示?还原成十进制又是多少?

首先,浮点数9.0等于二进制的1001.0,即1.001×2^3。

8b7eb9b0ab544cdf8bf7154b74bfca43.png

那么,第一位的符号位s=0,有效数字M等于001后面再加20个0,凑满23位,指数E等于3+127=130, 即10000010。

所以,写成二进制形式,应该是s+E+M,即

cfb3088a8b6d4f7e8ac10c2be8238c00.png

这个32位的二进制数,还原成十进制,正是 1091567616 。

先二进制,再科学计数法,再sem,再e+127,再二进制


课后习题(答案在图片后面)

  • 原码、反码、补码说法错( )

A.一个数的原码是这个数直接转换成二进制

B.反码是原码的二进制符号位不变,其他位按位取反

C.补码是反码的二进制加1

D.原码、反码、补码的最高位是0表示负数,最高位是1表示正数

  • 程序的执(  )

A.300 300

B.44 44

C.300 44

D.44 300

int main()
{
  unsigned char a = 200;
  unsigned char b = 100;
  unsigned char c = 0;
  c = a + b;
  printf(“%d %d”, a+b,c);
  return 0;
}
  • 在32位大端模式处理器上变量( )

A.0x00

B.0x12

C.0x34

D.0x1234

unsigned int a= 0x1234; unsigned char b=*(unsigned char *)&a;
  • 下面代码( )

A.1000

B.999

C.255

D.256 

int main()
{
  char a[1000] = {0};
  int i=0;
  for(i=0; i<1000; i++)
  {
    a[i] = -1-i;
  }
  printf("%d",strlen(a));
  return 0;
}
  • 关于大小端字节序的描述正确的是( )

A.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的二进制位顺序

B.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的字节顺序

C.大端字节序是把数据的高字节内容存放到高地址,低字节内容存放在低地址处

D.小端字节序是把数据的高字节内容存放到低地址,低字节内容存放在高地址处

  • 5位运动员参加了10米台跳水比赛,有人让他们预测比赛结果:

A选手说:B第二,我第三;

B选手说:我第二,E第四;

C选手说:我第一,D第二;

D选手说:C最后,我第三;

E选手说:我第四,A第一;

比赛结束后,每位选手都说对了一半,请编程确定比赛的名次。

  • 日本某地发生了一件谋杀案,警察通过排查确定杀人凶手必为4个嫌疑犯的一个。

以下为4个嫌疑犯的供词:

A说:不是我。

B说:是C。

C说:是D。

D说:C在胡说

已知3个人说了真话,1个人说的是假话。

现在请根据这些信息,写一个程序来确定到底谁是凶手。

  • 在屏幕上打印杨辉三角。

1

1 1

1 2 1

1 3 3 1

……

f19fb9e4a75a4a38b0e9484c9a500318.png

7ca504536c1e4cea918e6ced56202694.png

 


总结

阿巴阿巴,真要命,可以预见后面的每一期,看来会更得很慢,我加油。越来越觉得自己以前得博客需要重做,啊,要命。不知道宝子们看出来没,小喵已经改过一版了,感觉要改第三版了。要命,希望未来可以把《小猫猫大课堂》做成非常不错得学习C语言得资料。

宝子们懂了,我就懂了。

更了一期就要命了,我还是先更二轮啊,万一小喵不怕死呢?

寒假妮,准备开一个专栏《寒假不颓废训练》,计划开一个关于C++的知识专栏(acw)。

加油吧!好日子在等着你呢!小喵,喵喵喵~


更新不易,麻烦多多点赞,欢迎你的提问,感谢你的转发,

最后的最后,关注我,关注我,关注我,你会看到更多有趣的博客哦!!!

喵喵喵,你对我真的很重要。啊呜!!!

786724100fc642b48147381f86cfef04.png

 

举报

相关推荐

0 条评论