【c语言进阶】深度剖析整形数据

àì夳堔傛蜴生んèń 2024-04-26 11:07 83阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  1.数据类型介绍
 *   *  1.1类型的基本归类：
 *  2.整形在内存中的存储
 *   *  2.1原码，反码，补码：
     *  2.2原码，反码，补码的相互转换：
     *  2.3.大小端介绍：
     *  2.4如何判断大小端（百度笔试题）
 *  3.表达式求值
 *   *  3.1.隐式类型转换：
     *  3.2算术转化：
 *  4.整形存储的例子
 *  总结

## 1.数据类型介绍 ##

![在这里插入图片描述][3510bb6aa5c241feb2b66d3f6ab36d15.png]

我们知道，**数据类型的意义**是：

*  类型决定了开辟内存空间的大小。
 *  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 ##

### 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： ###

我们只要记住:**取反+1**即可实现原码与补码的相互转换:

![在这里插入图片描述][6595ed57a3aa41fa871a20a1247bbc52.png]

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。  
![在这里插入图片描述][d70c0013569447a0a166cf8932f41eb1.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！

![在这里插入图片描述][19e97b89701646c3a721582e4e9cd772.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） ###

![在这里插入图片描述][6dd90fc5e7e24d78a83b992499e66ffd.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,结果是假,但是c不发生整形提升,则表达式的结果是真.  
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：  
> ![在这里插入图片描述][a7c3cc40fabd49529b6e3a87b4e59b99.png]

## 4.整形存储的例子 ##

**例子1：**  
![在这里插入图片描述][720c5b031629421282cf2bc30e6186d4.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：**  
![在这里插入图片描述][eed83d7c1f8e46f39848a8a646ec393e.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：**  
![在这里插入图片描述][623ec31fadfe459f8a368e64985f3ba7.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：**  
![在这里插入图片描述][61e6025a078e49779cc61bbd9c2b810a.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：**

![在这里插入图片描述][d1469a4c12514620bb196e1d25387d96.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：**

![在这里插入图片描述][97010aebc5ac4e9485c00dbceb291018.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）  
![在这里插入图片描述][1f63a702c93e49868a64b553401edbba.png]  
![在这里插入图片描述][3dececc04b6d432d9773da73e1604c53.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：**  
![在这里插入图片描述][15a9372370c54e4abfe07a71648d282f.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：

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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