【c语言进阶】整形数据存储

r囧r小猫 2024-03-30 14:26 61阅读 0赞

**目录**

### 1.数据类型介绍 ###

### 2.整形在内存中的存储 ###

### 3..表达式求值 ###

### 4.整形存储的例子 ###

--------------------

## 1.数据类型介绍 ： ##

> 前面我们已经学习了基本的内置类型：  
> 
> 
> ![96facce785494e63ad453c8d7bfdf954.png][]
> 
> 我们知道，**数据类型的意义**是：
> 
> 1.类型决定了**开辟内存空间的大小**。
> 
> 2.类型决定了看待内存空间的**视角**（后面整形和浮点在内存中存储的差异就可以看出）

### 1.1类型的基本归类： ###

#### 整形家族： ####

> char  
> unsigned char  
> signed char
> 
>   
> short  
> unsigned short \[int\]  
> signed short \[int\]
> 
> int  
> unsigned int  
> signed int
> 
>   
> long  
> unsigned long \[int\]  
> signed long \[int\]

#### 注意： ####

char虽然是字符形式，但是存储的确实ASCII码值，而ASCII码是整形，所以char归于整形。

#### 浮点型家族： ####

> float
> 
> double

#### 指针类型： ####

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

## 2.整形在内存中的存储 ##

数据在内存中是如何存储呢？

### 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、反码和补码**。
> 
>   
> **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。

> **注意**：
> 
> 1.三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  
> 2.**正数的原、反、补码都相同**。  
> 3.负整数的三种表示方法各不相同。

对于整形来说，数据存放在内存中存的是补码，为什么呢？

> 原来，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。

### 2.2原码，反码，补码的相互转换： ###

![e32442eaf2c94d0dbc2f73f025e70b39.png][]

我们只要记住：**取反+1**即可实现原码与补码的相互转换，这是很容易的。

举一个例子：

> int a = 20;  
> 正数的原码反码补码相同  
> 原码：00000000 00000000 00000000 00010100  
> 反码：00000000 00000000 00000000 00010100  
> 补码：00000000 00000000 00000000 00010100  
> int b = -10;  
> 原码：10000000 00000000 00000000 00001010  
> 反码：11111111 11111111 11111111 11110101 ----符号位不变，其他按位取反  
> 补码：11111111 11111111 11111111 11110110 ----反码+1

### 2.3.大小端介绍： ###

我们知道栈区是从高地址往低地址开始存变量，那么整形变量里的四个字节是怎么排序的呢，这里就涉及到了大小端的介绍。

![e15625de76ec4ff0bd121a58cb2218bc.png][]

> 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。

我们来看看vs2022的小端模式就会清楚很多！

![45c344a04ed048c9b2bb7451624d6f5f.png][]

我们知道a的16进制是00 00 00 14，由图我们可以看出，数据的低位存在了内存的低地址，高位则存在了高地址，这就是小端的处理。

### 2.4如何判断大小端（百度笔试题） ###

![b05f57d52dc94ae2a8d2061e5ed25ff9.png][]

> 我们可以通过1存入内存中在大小端字节存储的差异来判断大小端，我们知道，指针的类型决定了他能访问的空间，我们用char类型数组访问，小端的访问出01，大端访问出00，这就是区别所在，我们来看看代码：
> 
>     int check_sys()
>     {
>     	int a = 1;
>         //char *p=(char*)&a;
>         //return *p;
>     	return *(char*)&a;
>     }
>     int main()
>     {
>     	int ret = check_sys();
>     	if (1 == ret)
>     	{
>     		printf("小端\n");
>     	}
>     	else
>     	{
>     		printf("大端\n");
>     	}
>     
>     	return 0;
>     }

## 3.表达式求值: ##

### 3.1.隐式类型转换： ###

表达式中的字符和短整形操作数在使用之前都会被转换为普通整形（int)类型，这种转换称为**整形提升。**

**那么电脑是如何整形提升的呢？**

> **负数和正数的整形提升：**
> 
> 补最高位
> 
> eg:
> 
> char c=-1;
> 
> 11111111
> 
> 111111111111111111111111111111111111111
> 
> char b=1;
> 
> 0000001
> 
> 0000000000000000000000000000000001

> **无符号的整形提升：**
> 
> 高位补0

例子1：

>     int main()
>     {
>     char a = 0xb6;
>     short b = 0xb600;
>     int c = 0xb6000000;
>     if(a==0xb6)
>     printf("a");
>     if(b==0xb600)
>     printf("b");
>     if(c==0xb6000000)
>     printf("c");
>     return 0;
>     }
> 
> 实例1中的a,b要进行整形提升,但是c不需要整形提升
> 
> a的二进制是 0000 0000 1001 0110
> 
> 截断后是 1001 0110
> 
> 整形提升后是1111 1111 1001 0110
> 
> 反码1000 0000 0110 1001
> 
> 原码1000 0000 0110 1010  
> a,b整形提升之后,变成了负数,所以表达式 a==0xb6 , b==0xb600 的结果是假,但是c不发生整形提升,则表  
> 达式 c==0xb6000000 的结果是真.  
> 所程序输出的结果是:  
> c

例子2：

>     int main()
>     {
>     char c = 1;
>     printf("%u\n", sizeof(c));
>     printf("%u\n", sizeof(+c));
>     printf("%u\n", sizeof(-c));
>     return 0;
>     }
> 
> 实例2中的,c只要参与表达式运算,就会发生整形提升,表达式 +c ,就会发生提升,所以 sizeof(+c) 是4个字节.  
> 表达式 -c 也会发生整形提升,所以 sizeof(-c) 是4个字节,但是 sizeof(c) ,就是1个字节

### 3.2算术转化： ###

> 如果某个操作符的各个操作数属于不同的类型，那么除非其中一个操作数的转换为另一个操作数的类型，否则操作就无法进行。如果某个操作数的类型在上面这个列表中排名较低，那么首先要转换为另外一个操作数的类型后执行运算。排名顺序如下：
> 
> ![94db9cd52ba74f11afea06f1a3190e17.png][]

## 4.整形存储的例子 ##

例子1：

![9ad54a79038349b887817242c0485fbc.png][]

>     a和b都是有符号char
>     10000000000000000000000000000001
>     11111111111111111111111111111110
>     11111111111111111111111111111111
>     11111111 - a 截断
>     11111111111111111111111111111111 - 提升
>     c是无符号char，提升的时候补0
>     10000000000000000000000000000001
>     11111111111111111111111111111110
>     11111111111111111111111111111111
>     00000000000000000000000011111111
> 
> 答案是a=-1，b=-1，c=255
> 
> 注意：
> 
> **%d在读取时会读取符号位，而%u在读取时不会读取符号位！**

例子2：

![9d6d4c65698f4ee499220a70c037ea45.png][]

> \-128的原反补如下：
> 
> #### 10000000000000000000000010000000   11111111111111111111111101111111   11111111111111111111111110000000 -128的补码   10000000 - a ####
> 
> #### 整形提升后：   11111111111111111111111110000000 ####
> 
> **以%u的视角读取时，不会读出符号位**，所以答案是一个很大的数字4,294,967,168。

例子3：

![fa79b8749a244ee7ae401c28c2e9b9c9.png][]

> 128的原反补如下：
> 
> #### 00000000000000000000000010000000   01111111111111111111111101111111   01111111111111111111111110000000 -128的补码   10000000 - a ####
> 
> #### 整形提升后：   11111111111111111111111110000000 ####
> 
> **以%u的视角读取时，不会读出符号位**，所以答案是一个很大的数字4,294,967,168。

例子4：

![c80bccbcb59944c198b30eee09a34c5d.png][]

> int i = -20
> 
> 10000000000000000000000000010100
> 
> 11111111111111111111111111101011
> 
> 11111111111111111111111111101100
> 
> unsign int j=10；
> 
> 00000000000000000000000000001010
> 
> 相加得：
> 
> 11111111111111111111111111110110 - 补码
> 
> 11111111111111111111111111110101
> 
> 10000000000000000000000000001010
> 
> 答案是-10

例子5：

![2b5ccc68fcf047de84393bf919fd5c3d.png][]

> 我们知道unsigned int的范围一定是大于等于0的，所以当无符号的i=0时--会得到非常大的数字，会变成一个死循环，
> 
> 因为0-1等于-1，
> 
> \-1的补码为1111111111111111
> 
> 而无符号数不看符号位，所以是很大的数4,294,967,295
> 
> 具体循环为：
> 
> 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 4,294,967,295 4,294,967,294.....

例子6：

> ![0f11fd2f69a944acbe1c487ff037f7a1.png][]

> **补充：**
> 
> 我们知道有符号char的范围是-128到127并且是一个轮回（因为超出范围后截断，还是在这个范围内）
> 
> ![e363fbb6c6aa4e2f801f741bd2e09f01.png][]
> 
> ![e3f60413228b44038f432fc235bfcd03.png][]
> 
> 所以这一题目的循环是-1 -2...-128 127 126 125...0 -1 -2 -3...-128 127
> 
> 而我们知道，strlen在发现\\0就会停止，所以a数组的长度为255.

例子7：

![70d7575f11bf43ed99f6db826a877288.png][]

> 一样的，我们知道无符号char的范围是0到255，所以当i=255时再加1，会进1，使截断后全为0，所以255+1以后又变成0，又是一个死循环了。

## 总结 ##

本站主要讲解了数据的基本类型、原码反码补码、大小端和整型的存储

这里我们额外要记住的是：

> 总的来说，整型提升补的数字是又变量类型决定的，%d和%u只是决定了读取的时候是否读取符号位。

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