如何分析C語言數據的存儲

如何分析C語言數據的存儲，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

數據類型的介紹

數據類型存在的意義

• 為變量開辟的空間大小（大小決定了使用范圍）

• 取數據的時候按照什么格式取出（先看大小端，在看數據類型（用來解析二進制數據的方式））

整形

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：默認的char，short，int 在VS都是signed

……

浮點型

float

double

構造類型

數組

結構體

枚舉

聯合體

指針類型

int* pi;

char* pc;

void* pv;

void空類型

void 表示空類型，沒有給定類型

通常應用于指針類型

整數在內存中的存儲

我們都知道 int類型的數據在內存中被分配了四個字節的空間，那么他們在內存中如何存儲呢？

int a = 20;

int b = -10;

原反補的介紹

計算機中的整數有三種表示方法，即原碼、反碼、補碼

原碼：直接將十進制按照正負數的形式翻譯成二進制就可以

反碼：將原碼的符號位不變，其他位取反即可得到

補碼：反碼 + 1

注意：整數的 原反補 相同

對于整形數據來說，在內存中存的其實是補碼，為什么？

使用補碼，可以將符號位和數值域統一處理，同時，加法和減法可以統一處理（CPU只有加法器），不需要額外的硬件電路，減少了開銷

看看變量在內存中的存儲：

我們會看到a,b存儲的是補碼，但是字節的順序有點有對，這就是整形數據存儲的大小端問題，也叫字節序問題

大小端的介紹

大端存儲：數據的低位保存在內存的高地址中，而數據的高位，保存在內存的低地址中

小端存儲：指數據的低位保存在內存的低地址中，而數據的高位,，保存在內存的高地址中

存在的原因：

我們都知道在計算機系統中，都是以字節為單位的，每個地址單元管理一個字節的空間大小，但是在C語言中如 int 有4字節等，所以對于32位或者64位的處理器來說，就必然存在著4個字節的排放順序，因此就出現了大小端存儲的問題，也成為字節序問題，上述代碼就是小端存儲（VS底下的代碼）

面試例題

百度2015年系統工程師筆試題：

請簡述大端字節序和小端字節序的概念，設計一個小程序來判斷當前機器的字節序。

// 代碼1 - 利用char類型的指針一次訪問一個字節的特性
#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; 
 }
 
//代碼2 - 聯合體
int check_sys()
{
	 union
	 {
		 int i;
		 char c;
	 }un;
	 
	 un.i = 1;
	 
 	return un.c; 
 }

練習

1.
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0; 
}

2.
	int i= -20;
	unsigned  int  j = 10;
	printf("%d\n", i+j);

// 這里就是i+j是個表達式，先算表達式的值，在%d打印
// 表達式計算的時候是基于補碼進行的，跟類型是無關的
// 11111111 11111111 11111111 11101100
// 00000000 00000000 00000000 00001010
// -------------------------------------+
// 11111111 11111111 11111111 11110110  - 計算后的補碼
// 10000000 00000000 00000000 00001010  - 最后結果-10

3.
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
    {
        a[i] = -1-i;
    }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0; }

補充

• 存：字面數據必須先轉成補碼，在放入空間當中。所以,所謂符號位，完全看數據本身是否攜帶±號。和變量是否有符號 無關！

• 取：取數據一定要先看變量本身類型，然后才決定要不要看最高符號位。如果不需要，直接二進制轉成十進制。如果需 要，則需要轉成原碼，然后才能識別。(當然，最高符號位在哪里，又要明確大小端)

浮點數在內存中的存儲

3.14159，1E10(1^10)都是我們常見的浮點數，而C語言中定義的浮點數有float和double常見的兩種類型，兩種類型范圍被定義在頭文件float.h中

存儲規則講解

看上面代碼，我們很容易發現num和*pfloat在內存明明訪問的是同一塊空間，為什么浮點數和整數的解讀差別這么大呢，下面我們講講浮點數的存儲規則。

國際IEEE(電氣和電子工程協會)754規定，任何一個二進制浮點數V都可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2^E

• (-1)^S表示符號位，S=0時，表示正數；S=1時，表示負數

• M表示有效數字，1 <= M <2

• E表示指數位

舉例

十進制5.0，寫成二進制101.0，科學計數法：1.01 * 2^2

S = 0,M = 1.01,E = 2

十進制的-5.0，寫成二進制是 -101.0 ，相當于 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，E=2

IEEE754的特別規定

有效位M

前面說過， 1 <= M < 2 ，也就是說，M可以寫成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小數部分。

IEEE754規定，在計算機內部保存M時，默認這個數的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的時候，只保存01，等到讀取的時候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節省1位有效數字。以32位浮點數為例，留給M只有23位，

將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數字。

指數E

至于指數E，情況就比較復雜。

首先，E為一個無符號整數（unsigned int）

這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0255；如果E為11位，它的取值范圍為02047。但是，我們 知道，科學計數法中的E是可以出

現負數的，所以IEEE 754規定，存入內存時E的真實值必須再加上一個中間數，對于8位的E，這個中間數 是127；對于11位的E，這個中間

數是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點數時，必須保存成10+127=137，即 10001001。

E取出分為三種情況

• E不全為0或不全為1

這時，浮點數就采用下面的規則表示，即指數E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再將 有效數字M前加上第一位的1。 比如：

0.5（1/2）的二進制形式為0.1，由于規定正數部分必須為1，即將小數點右移1位，則為

1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為 01111110，而尾數1.0去掉整數部分為0，補齊0到23位00000000000000000000000，

則其二進制表示形式為: 0 01111110 00000000000000000000000

• E全為0

這時，浮點數的指數E等于1-127（或者1-1023）即為真實值，

有效數字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數。

這樣做是為了表示±0，以及接近于 0的很小的數字。

• E全為1

這時，如果有效數字M全為0，表示±無窮大（正負取決于符號位s）；

案例

int main()
{
	int n = 9;
	float *pFloat = (float *)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);


	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);

	return 0;
}

float用%d打印的特例講解

這里我們會發現%d打印浮點數的時候結果為0

而%lld打印的結果和double存儲變量的結果一樣的

原因：

在可變長參數函數（例如printf函數）或者不帶原型聲明函數中，在調用該函數時C自動進行類型提升（在調用函數時如果聲明這個函數那么則不會提升），提升如下：

• float類型的實際參數將提升到double

• char、short和相應的signed、unsigned類型的實際參數提升到int

• 如果int不能存儲原值，則提升到unsigned int 然后，調用者將提升后的參數傳遞給被調用者。

C標準對默認實際參數提升規則有明確規定。也就是說， 帶有可變長參數列表的函數，

絕對不會接受到char類型的實際參數。

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