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整数在内存中的存储大小端字节序和字节序判断浮点数在内存中的存储 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、反码和补码 三种表示方法均有符号位和数值位两部分#xff0c;符号位0表示“正”,1表示负,而数值位最高的一位被当做符号位,剩…目录
整数在内存中的存储大小端字节序和字节序判断浮点数在内存中的存储 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、反码和补码 三种表示方法均有符号位和数值位两部分符号位0表示“正”,1表示负,而数值位最高的一位被当做符号位,剩余的都是数值位
正数的原、反、补码都相同 负数的三种都不同 原码 直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就是原码 反码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得到补码
对于整形来说数据在内存中存放的是补码原因在于补码可以吧符号位和数值域统一处理加法和减法也可以作为加法统一处理。补码与原码互换运算过程相同不需要额外的硬件电路
1.1 取值范围
signed char 和 unigned char
以下列出char类型二进制所有的取值,探讨它的范围 对于有符号的char,最大值就是0111 1111,再加1就是1000 0000,如下图 从0到127再加1就成为最小值-128全为1时是负数最大值-1每次递增1的情况是这样 对于无符号的char127再加1是128如下图 它的递增图形如下图 2. 大小端字节序和字节序判断
了解了整数存储后看一个细节 int a 0x11223344 ; 调试看到该数是倒着存储的 2.1 什么是大小端
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了按不同的顺序分为大小端存储
大端存储模式 数据的低位字节存在高地址处高位字节存在低地址处 小端存储模式 数据的低位字节存在低地址处高位字节存在高地址处
2.2 为什么有大小端之分
计算机以字节为单位每个地址单元对应一个字节一个字节8bit位c语言除了8bit的char外还有16bit的short32位的long另外对于位数大于8位的处理器如16位处理器和32位处理器由于寄存器宽度大于一个字节必然存在着一个如何将多个字节安排的问题因此导致了两种存储模式
例如 一个16bit的short型变量x在内存中地址为0x0010值为0x1122那么0x11就是高字节0x22就是低字节大端将0x11放在低地址0x22放在高地址小端相反常用的x86结构是小端模式KEIL C51则为大端模式。很多的ARMDSP都为小端模式有些ARM处理器可以由硬件选择是大端还是小端
2.3 练习
2.3.1 练习1
简述大端字节序和小端字节序的概念设计一个小程序判断当前机器的字节序 10分-百度笔试题
思路 大端小端在于变量值的存储顺序不同可以以1值举例大端会将1存在高地址处所以可以取出变量一个字节判断变量地址是低地址处为0就是大端
也可以利用联合体给int类型赋值联合体加一个char类型取出char的值判断
代码
//1
int a 1;
if (*(char*)a 0) {printf(大端);
}
else {printf(小端);
}//2
union {int i;char c;
}un;un.i 1;
printf(%d,un.c);2.3.2 练习2
char a -1;
signed char b -1;
unsigned char c -1;
printf(a%d,b%d,c%d, a, b, c);输出 a和b都是有符号存-1打印出的就是-1c是无符号的存到char里8个1都是数值原码值就是最大值255
2.3.3 练习3 char a -128 ; printf ( “%u\n”, a) ; char a 128 ; printf ( “%u\n”, a) ; 输出: 第一个char a存的是1000 0000将它当做无符号打印整形提升补符号位补24个1当做无符号整型打印所以这个值就是很大的数 第二个128的二进制是1000 0000a存的是这个因为a是有符号的即使以无符号打印整形提升依然补充符号位所以和上面的结果一样
2.3.4 练习4 char a[1000] ; int i ; for ( i 0; i 1000; i ) { a[i] -1 -i ; } printf (“%d”, strlen (a) ) ; } 第一次,i0时,保存-1.i1时,保存-2。因为数组是char类型最多到负数最小值-128根据有符号char的递增图-128再减1得到127当减到0时,strlen结束,所以长度就是128 127 255
2.3.5 练习5
unsigned char i 0 ;
unsigned int i1;
for ( i 0; i 255; i )
{printf ( hello world\n ) ;
}for ( i1 9; i1 0; i-- )
{printf ( %u\n, i ) ;
}上述两个都是死循环,第一个无符号char的取值范围是0-255,所以255恒成立,第二个无符号数不可能小于0所以0恒成立
2.3.6 练习6
int a[4] { 1, 2, 3, 4 } ;
int* ptr1 (int *)(a 1) ;
int* ptr2 (int *)((int)a 1) ;
printf(%x,%x, ptr1[-1], *ptr2) ;假设a的地址是19ff20 ptr1取的是整个数组的地址,1是跳过整个数组.是图中所示19ff30,转化为int指针,访问-1就是往后减一个4字节,19ff2c取整形内容,就是4 将a转换为整形1就是原地址加一个字节图中所示19ff21转换为int指针访问值取四个字节就是,19ff21-19ff25小端存储由高到低排列十六进制就是00020000
输出 3. 浮点数在内存中的存储
先思考一下下面代码的输出结果:
int n 9;
float* pFloat (float*)n;
printf(n的值为%d\n, n);
printf(*pFloat的值为%f\n, *pFloat);
*pFloat 9.0;
printf(num的值为%d\n, n);
printf(*pFloat的值为%f\n, *pFloat);输出: 3.2 浮点数的存储
上面的num和*pFloat存的都是一个数,为什么读取的结果差距这么大,这说明整形和浮点数的存储和读取方式是不一样的
3.2.1 浮点数存的过程
根据国际标准IEEE(电器和电子工程协会)754任意一个二进制浮点数都可以表示成下面的形式 V (-1)S * M * 2E (-1)S表示符号位,当S0时,V为正数,S1,V为负数 M表示有效数字,M是大于等于1,小于2的 2E表示指数位 举例5.5,用二进制表示为101.1 相当于1.011 × 22 按照上面的V格式S0,M1.11,E2
IEEE 754规定 对于32位浮点数最高的1位存储符号位S接着的8为存储指数位E剩下的23位存储有效数字M 对于64位浮点数最高的1位存储符号位S接着的11为存储指数位E剩下的52位存储有效数字M 因为,1M2所以M的5.5的二进制101.1写成1.xxxx的形式 计算机存储浮点数时,默认M第一位总是1,因此1可以舍去,只存1小数点后面的数字,读取的时候再补上1和小数点,就可以多存一位数字
至于指数E,比较复杂 规定E为一个无符号整数 (unsigned int) 这意味着,如果E为8位,取值为0-255,E为11位,取值为0-2047。但是科学计数法中的E可能是负数所以E必须加一个中间值8位中间数就是12711位就是1023比如E为10保存时加上127就是137
所以存的二进制就是符号位S0E指数位1272129M寸011后面补0 小尾排列就是00 00 B0 40
3.2.2 浮点数取的过程
分为三种情况:
E不全为0或不全为1
这时,浮点数用下面的规则表示,指数E减去127(或1023),得到真实值,再将有效位M前加上第一位的1
比如上面的5.5,指数位E转换为十进制是129,减去127就是2,M补上1.,就是1.011,乘2的2次方,就是101.1,转换为十进制就是5.5
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)
3.3 题目解析
现在来看上面的题目 首先第一个,整数n存为9,打印的仍是9,将存的9以浮点数取出,就是 00000000 00000000 00000000 0000009,指数位全为0,就是一个接近于0的很小的数字,就是,所以值为0 将浮点数9.0按浮点数的方式存下来 0 1000 0010 00100000 00000000 0000000 0100 0001 0001 0000 0000 0000 0000 0000 //四位一排 按整数取出来,数据位就是0后面的部分,浮点数的形式取出依旧是浮点数的9.0
后面的整数值如下: 输出:
