前言

小羊近期已經(jīng)將C語言初階學(xué)習(xí)內(nèi)容與鐵汁們分享完成，接下來小羊會繼續(xù)追更C語言進(jìn)階相關(guān)知識，小伙伴們坐好板凳，拿起筆開始上課啦~

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一、數(shù)據(jù)類型的介紹

我們目前已經(jīng)學(xué)了基本的內(nèi)置類型：

char       //字符數(shù)據(jù)類型
short      //短整型
int        //整形
long       //長整型
long long  //更長的整形
float      //單精度浮點(diǎn)數(shù)
double     //雙精度浮點(diǎn)數(shù)

類型的基本歸類

1. 整形家族：

char:unsigned charsigned char
short:unsigned short[int]signed short[int]
int:unsigned intsigned int
long:unsigned long[int]signed long[int]

unsigned：無符號數(shù)類型

當(dāng)一個(gè)數(shù)是無符號類型時(shí)，那么其最高位的1或0，和其它位一樣，用來表示該數(shù)的大小。

signed：有符號數(shù)類型

當(dāng)一個(gè)數(shù)是有符號類型時(shí)，最高數(shù)稱為“符號位”。符號位為1時(shí)，表示該數(shù)為負(fù)數(shù)，為0時(shí)表示為正數(shù)。

注意：有符號類型可以表示正數(shù)，負(fù)數(shù)或0，無符號類型僅能表示大于等于0的值

2. 浮點(diǎn)型家族：

float
double

3. 構(gòu)造類型:

       //數(shù)組類型
struct //結(jié)構(gòu)體類型
enum   //枚舉類型
union //聯(lián)合類型

4. 指針類型:

int* p;
char* p;
float* p;
void* p;

5. 空類型:

void//(空類型)

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二、整型在內(nèi)存中的存儲

以整型int為例，我們都知道常見的編譯器中int占四個(gè)字節(jié)，那么計(jì)算機(jī)中這四個(gè)字節(jié)是如何將數(shù)據(jù)存儲下來的呢？
那我們先了解一下機(jī)器數(shù)和真值的概念，再去了解原碼，反碼，補(bǔ)碼的概念

2.1 機(jī)器數(shù)

一個(gè)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制表示形式，叫做這個(gè)數(shù)的機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)是帶符號的，在計(jì)算機(jī)中 用機(jī)器數(shù)的最高位存放符號，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1。

例如：

+ 3的機(jī)器數(shù)：0000 0011
- 3的機(jī)器數(shù)：1000 0011

2.2 真值

因?yàn)榈谝晃皇欠栁?#xff0c;所以機(jī)器數(shù)的形式值就不等于真正的數(shù)值。所以，為區(qū)別起見，將帶符號位的機(jī)器數(shù)對應(yīng)的真正數(shù)值稱為機(jī)器數(shù)的真值。

例如：

0000 0001的真值 = +000 0001 = +1
1000 0001的真值 = -000 0001 = -1

2.3 原碼、反碼、補(bǔ)碼

對于一個(gè)數(shù)，計(jì)算機(jī)要使用一定的編碼方式進(jìn)行存儲，原碼、反碼、補(bǔ)碼是機(jī)器存儲一個(gè)具體數(shù)字的編碼方式。

三種方式均有符號位和數(shù)值位兩部分，符號位都是0表示“正數(shù)”，1表示“負(fù)數(shù)”，而數(shù)值位分正負(fù)數(shù)而定。

正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼都相同，負(fù)數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼各不相同

原碼:
直接將數(shù)值按照正負(fù)數(shù)的形式翻譯成二進(jìn)制就可以得到原碼
反碼:
將原碼的符號位不變，其他位次按位取反
補(bǔ)碼:
反碼符號位不變，數(shù)值為+1

反碼回到原碼的兩種方式：
1、補(bǔ)碼-1后 取反得到原碼
2、補(bǔ)碼取反后 +1得到原碼

對于整形來說：數(shù)據(jù)存放內(nèi)存中其實(shí)存放的是補(bǔ)碼，那這又是為什么呢？

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補(bǔ)碼來表示和存儲。原因在于，使用補(bǔ)碼，可以將符號位和數(shù)
值域統(tǒng)一處理；同時(shí)，加法和減法也可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器 ）此外，補(bǔ)碼與原碼相
互轉(zhuǎn)換，其運(yùn)算過程是相同的，不需要額外的硬件電路。

我們看看在內(nèi)存中的存儲：

我們知道內(nèi)存中a和b存儲的是補(bǔ)碼，但我們發(fā)現(xiàn)存儲的順序有點(diǎn)不對勁。
-10在內(nèi)存中存儲應(yīng)該是FFFFFFF6，而我們看到的是F6FFFFFF。
這里小羊呢，就為鐵汁們了解一下大小端

2.4 大小端介紹

什么是大小端：

大端存儲模式：指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位保存在內(nèi)存的低地址中
小端存儲模式：指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位保存在內(nèi)存的高地址中

例如：

數(shù)字0x12 34 56 78在內(nèi)存中：

大端模式：（我們通常直觀上認(rèn)為的模式）

        低地址 --------------------> 高地址0x12  |  0x34  |  0x56  |  0x78

小端模式：

        低地址 --------------------> 高地址0x78  |  0x56  |  0x34  |  0x12

** 為什么會有大端和小端呢？**
因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們是以字節(jié)為單位的，每個(gè)地址單元都對應(yīng)著一個(gè)字節(jié)，一個(gè)字節(jié)為8bit。但是在C語言中除了8 bit的char之外，還有16 bit的short型，32 bit的long型（要看具體的編譯器），另外，對于位數(shù)大于8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由于寄存器寬度大于一個(gè)字節(jié)，那么必然存在著一個(gè)如何將多個(gè)字節(jié)安排的問題。因此就導(dǎo)致了大端存儲模式和小端存儲模式。

如何判斷大小端的代碼：

#include<stdio.h>
int main()
{int i = 1;//0000 0001char* p = &i;if (*p == 1)//若第一個(gè)地址存的是1，即為小端，反則大端printf("小端");elseprintf("大端";return 0;
}

自定義函數(shù)測試：

#include<stdio.h>int check_sys()
{int a = 1;char* p = (char*)&a;if (*p == 1)return 1;elsereturn 0;
}int main()
{if (check_sys() == 1)printf("小端");elseprintf("大端");return 0;
}

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三、浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲

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

我們先試著猜一下結(jié)果
輸出顯示：

怎么樣，這個(gè)結(jié)果是不是有點(diǎn)出乎意料！那么就跟著小羊來學(xué)習(xí)浮點(diǎn)數(shù)的存儲規(guī)則吧。

3.1浮點(diǎn)數(shù)存儲規(guī)則

浮點(diǎn)數(shù)存儲形式：

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE(電子和電子工程協(xié)會)754，任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示為下面的形式：

(-1) ^ S * M * 2 ^ E
?
?1.? (-1) ^ S 表示符號位，當(dāng)S=0時(shí)，V為正數(shù)；當(dāng)S=1時(shí)，V為負(fù)數(shù)
?2.? M 表示有效數(shù)字，且1 <= M <2
?3.? 2 ^ E表示指數(shù)位

例如：

1. 十進(jìn)制的5.0，寫成二進(jìn)制是0101 ------> 1.10x2^2
   可以得出s=0，M=1.01，E=2
2. 十進(jìn)制的-7.0，寫成二進(jìn)制是0111 ------->1.11x2^2
   可以得出s=-1，M=1.11，E=2

IEEE 754 規(guī)定：

對于 32 位的浮點(diǎn)數(shù)（單精度），最高的 1 位是符號位 s ，接著的 8 位是指數(shù) E ，剩下的 23位為有效數(shù)字 M 。

對于 64 位的浮點(diǎn)數(shù)（雙精度），最高的 1 位是符號位S，接著的 11 位是指數(shù) E ，剩下的 52 位為有效數(shù)字 M 。

IEEE 754 對有效數(shù)字** M **和指數(shù) E ，還有一些特別規(guī)定。
前面說過， 1≤M<2 ，也就是說， M 可以寫成 1.xxxxxx 的形式，其中 xxxxxx 表示小數(shù)部分。
IEEE 754 規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存 M 時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是 1 ，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存 1.01 的時(shí)候，只保存01 ，等到讀取的時(shí)候，再把第一位的 1 加上去。這樣做的目的，是節(jié)省 1 位有效數(shù)字。以 32 位浮點(diǎn)數(shù)為例，留給M 只有 23 位，將第一位的1 舍去后等于可以保存 24 位有效數(shù)字。

至于指數(shù) E ，情況就比較復(fù)雜。首先， E 為一個(gè)無符號整數(shù)（ unsigned int ）
這意味著，如果 E 為 8 位，它的取值范圍為 0~255 ；如果 E 為 11 位，它的取值范圍為 0~2047 。但是我們知道，科學(xué)計(jì)數(shù)法中的E 是可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以IEEE 754 規(guī)定，存入內(nèi)存時(shí) E 的真實(shí)值必須再加上一個(gè)中間數(shù)，對于 8 位的 E ，這個(gè)中間數(shù)是127 ；對于 11 位的 E ，這個(gè)中間數(shù)是1023 。比如 2^10的 E 是 10 ，所以保存成 32 位浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，必須保存成 10+127=137 ，即10001001。

3.2 浮點(diǎn)型的讀取

我們知道浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲后，將步驟反過來就是取出的過程。
1、有效數(shù)字M：

IEEE 754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存M時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存小數(shù)部分。比如保存1.0110001101時(shí)，只保存0110001101，后面的位數(shù)補(bǔ)0就可以了，等到讀取的時(shí)候，再把第一位的1補(bǔ)上去。

2、指數(shù)E

E為一個(gè)無符號整數(shù)（unsigned int）根據(jù)指數(shù)域不同取值分為一下三種情況：

1）E不全為0或不全為1（規(guī)格化值）

這是最常見情況，取出內(nèi)存中的數(shù)時(shí)，指數(shù)E的計(jì)算值減去127（或1023），得到真實(shí)值，再將有效數(shù)字M前加上第一位的1。

2）E全為0（非規(guī)格化值）

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或1-1023）即為真實(shí)值，有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示正負(fù)零，以及接近于0的很小的數(shù)字。

3）E全為1（特殊數(shù)值）

當(dāng)指數(shù)域全為1時(shí)屬于這種情形。此時(shí)，如果小數(shù)域全為0且符號域S=0，則表示正無窮，如果小數(shù)域全為0且符號域S=1，則表示負(fù)無窮。如果小數(shù)域不全為0時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)將被解釋為NaN， 即不是一個(gè)數(shù)(Not a Number)

解釋前面的題目：

整形9以浮點(diǎn)型打印
整形存儲，浮點(diǎn)型打印
0000  0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
浮點(diǎn)型讀取：
s=0，M=000 0000 0000 0000 0000 0110，E=0000 0000(E全為0)
所以結(jié)果為：0.0000(近于0的很小的數(shù)字)現(xiàn)在看例題的第二部：
浮點(diǎn)數(shù)9.0以整形打印
9.0 -> 1001.0 -> (-1)^0*1.001*2^3 -> s=0,M=1.001,E=，3+127=130
所以第一位的符號位s=0，有效數(shù)字M為001后面在加20個(gè)0，湊滿23位，指數(shù)E為3+127=130，即10000010
所以寫成S+E+M：
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
這32位的二進(jìn)制數(shù)，還原成十進(jìn)制，正是1091567616

總結(jié)

希望看完這篇文章對鐵汁們有所幫助，小羊后續(xù)還會持續(xù)更新C語言的學(xué)習(xí)知識，希望小伙伴們給個(gè)支持，來個(gè)一鍵三連~