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《小猫猫大课堂》三轮1——深度解析数据在内存中的存储-创新互联

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目录

前言

类型的基本归类

整形家族

浮点数家族

构造类型

指针类型

空类型

整形在内存中的存储

原码，反码，补码

数据存放内存中其实存放的是补码。

大小端介绍

浮点数存储规则

浮点数存储规则

课后习题（答案在图片后面）

总结

前言

呜呜呜，被它打败了，三轮的知识有点难理解，希望小喵能说明白。只希望，你明白，小喵也应该明白了，有点遭不住，但喵也会扛下去的，要相信光——啊。哈哈哈哈哈~~~

二轮和三轮同步更新，希望你和小喵携手同行，让我们把知识吃得透透的，便好。

感觉以前一轮的内容不够详细，以后有时间，小喵会将它回炉重造，不断升级，只为呈现更好的。

那么，希望小喵可以做到，就麻烦你监督一下了。

类型的基本归类
整形家族

char

  unsigned char

  signed char

short

 unsigned short [int]      注：[ ]中的东西可以省略

 signed short [int]

int

 unsigned int

 signed int                                 eg:short int num=short num

long                                                 eg:int num=signed int num

 unsigned long [int]

 signed long [int]

浮点数家族

float

double

构造类型

>数组类型

>结构体类型 struct

>枚举类型 enum

>联合类型 union

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指针类型

int *pi;

char *pc;

float* pf;

void* pv

空类型

void 表示空类型（无类型）

通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。

整形在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。

  • 原码，反码，补码

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。

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

正数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同。

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。（逢二进一）

  • 数据存放内存中其实存放的是补码。

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。

  • 大小端介绍

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What:

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。

Why:

为什么会有大小端模式之分呢？这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元 都对应着一个字节，一个字节为8 bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外，还有16 bit的short 型，32 bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32 位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题。因 此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

例如：一个 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x0010 ， x 的值为 0x1122 ，那么 0x11 为 高字节， 0x22 为低字节。对于大端模式，就将 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高 地址中，即 0x0011 中。小端模式，刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式，而 KEIL C51 则 为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式 还是小端模式。

了解了解，可以清楚一些现象的原理，让人更加通透。

设计一个判断大小端字节序的小程序（我们可以通过首个字节来陪判断）

//代码1
#includeint 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;
}
//代码2
int check_sys()
{
 union
 {
 int i;
 char c;
 }un;
 un.i = 1;
 return un.c;
}

下面输出什么？（建议每一个都去实践一下，会有不一样的收获呢！）

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顺序是，原码，反码，补码，截断，整型提升

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//#include//int main()
//{
//	char a = -128;
//	//10000000000000000000000010000000
//	//11111111111111111111111101111111
//	//11111111111111111111111110000000 -128的补码
//	//10000000 - a
//	//11111111111111111111111110000000
//	//
//	printf("%u\n", a);
//
//	return 0;
//}

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int i= -20;

unsigned int j = 10;

printf("%d\n", i+j);

//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数

逢二进一

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504edd7582084fe38a1ba8a62fab568b.png

eac9bbeda44541b0b2d3070cd35e2582.png

bda0cd94546341148fd1fd2fb587e3fc.png  答案：255

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00ac3c6237794433b4fcf723f4f13c5e.png

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浮点数存储规则
  • 举个栗子

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结果如下

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宝子，你知道为什么吗？希望你看来下面的东西，可以自己解决它。

  • 浮点数存储规则

num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？ 要理解这个结果，一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。

详细解读：

根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会） 754，任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式： 

(-1)^S * M * 2^E

(-1)^S表示符号位，当S=0，V为正数；当S=1，V为负数。

M表示有效数字，大于等于1，小于2。

2^E表示指数位。

举例来说：

十进制的5.0，写成二进制是 101.0 ，相当于 1.01×2^2 。

那么，按照上面V的格式，可以得出S=0，M=1.01，E=2。

十进制的-5.0，写成二进制是 -101.0 ，相当于-1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2

IEEE 754规定：

对于32位的浮点数，最高的1位是符号位s，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M。

4c7a21c83bc44fd0a92d8e36013bf8be.png对于64位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M。

8431d2f70ed14f559728717eb801990a.pngIEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

前面说过， 1≤M<2 ，也就是说，M可以写成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小数部分。

IEEE 754规定，在计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以被舍去，只保存后面的 xxxxxx部分。比如保存1.01的时 候，只保存01，等到读取的时候，再把第一位的1加上去。这样做的目的，是节省1位有效数字。以32位 浮点数为例，留给M只有23位， 将第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效数字。

至于指数E，情况就比较复杂。

首先，E为一个无符号整数（unsigned int）

这意味着，如果E为8位，它的取值范围为0~255；如果E为11位，它的取值范围为0~2047。但是，我们 知道，科学计数法中的E是可以出 现负数的，所以IEEE 754规定，存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数，对于8位的E，这个中间数 是127；对于11位的E，这个中间 数是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮点数时，必须保存成10+127=137，即 10001001。

然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

E不全为0或不全为1

这时，浮点数就采用下面的规则表示，即指数E的计算值减去127（或1023），得到真实值，再将 有效数字M前加上第一位的1。

比如：

0.5（1/2）的二进制形式为0.1，由于规定正数部分必须为1，即将小数点右移1位，则为 1.0*2^(-1)，其阶码为-1+127=126，表示为 01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000，则其二进 制表示形式为:

564f541d14ed4c0498bc465272af2a63.png

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。这样做是为了表示±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）

好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里。

解释前面的题目：

下面，让我们回到一开始的问题：为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 

首先，将 0x00000009 拆分，得到第一位符号位s=0，后面8位的指数 E=00000000 ，

最后23位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。

0c6cd83584b7455b834dd938a0a8cfe3.png

由于指数E全为0，所以符合上一节的第二种情况。因此，浮点数V就写成：

V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)

显然，V是一个很小的接近于0的正数，所以用十进制小数表示就是0.000000。

再看例题的第二部分。

请问浮点数9.0，如何用二进制表示？还原成十进制又是多少？

首先，浮点数9.0等于二进制的1001.0，即1.001×2^3。

8b7eb9b0ab544cdf8bf7154b74bfca43.png

那么，第一位的符号位s=0，有效数字M等于001后面再加20个0，凑满23位，指数E等于3+127=130， 即10000010。

所以，写成二进制形式，应该是s+E+M，即

cfb3088a8b6d4f7e8ac10c2be8238c00.png

这个32位的二进制数，还原成十进制，正是 1091567616 。

先二进制，再科学计数法，再sem，再e+127，再二进制

课后习题（答案在图片后面）
  • 原码、反码、补码说法错（ ）

A.一个数的原码是这个数直接转换成二进制

B.反码是原码的二进制符号位不变，其他位按位取反

C.补码是反码的二进制加1

D.原码、反码、补码的最高位是0表示负数，最高位是1表示正数

  • 程序的执（  ）

A.300 300

B.44 44

C.300 44

D.44 300

int main()
{
  unsigned char a = 200;
  unsigned char b = 100;
  unsigned char c = 0;
  c = a + b;
  printf(“%d %d”, a+b,c);
  return 0;
}
  • 在32位大端模式处理器上变量（ ）

A.0x00

B.0x12

C.0x34

D.0x1234

unsigned int a= 0x1234; unsigned char b=*(unsigned char *)&a;
  • 下面代码（ ）

A.1000

B.999

C.255

D.256 

int main()
{
  char a[1000] = {0};
  int i=0;
  for(i=0; i<1000; i++)
  {
    a[i] = -1-i;
  }
  printf("%d",strlen(a));
  return 0;
}
  • 关于大小端字节序的描述正确的是（ ）

A.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的二进制位顺序

B.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的字节顺序

C.大端字节序是把数据的高字节内容存放到高地址，低字节内容存放在低地址处

D.小端字节序是把数据的高字节内容存放到低地址，低字节内容存放在高地址处

  • 5位运动员参加了10米台跳水比赛，有人让他们预测比赛结果：

A选手说：B第二，我第三；

B选手说：我第二，E第四；

C选手说：我第一，D第二；

D选手说：C最后，我第三；

E选手说：我第四，A第一；

比赛结束后，每位选手都说对了一半，请编程确定比赛的名次。

  • 日本某地发生了一件谋杀案，警察通过排查确定杀人凶手必为4个嫌疑犯的一个。

以下为4个嫌疑犯的供词:

A说：不是我。

B说：是C。

C说：是D。

D说：C在胡说

已知3个人说了真话，1个人说的是假话。

现在请根据这些信息，写一个程序来确定到底谁是凶手。

  • 在屏幕上打印杨辉三角。

1

1 1

1 2 1

1 3 3 1

……

f19fb9e4a75a4a38b0e9484c9a500318.png

7ca504536c1e4cea918e6ced56202694.png

原码、反码、补码说法D ）

A.一个数的原码是这个数直接转换成二进制

B.反码是原码的二进制符号位不变，其他位按位取反

C.补码是反码的二进制加1

D.原码、反码、补码的最高位是0表示负数，最高位是1表示正数

答案选D，0是正数，1是负数

程序的执行C）

A.300 300

B.44 44

C.300 44

D.44 300

int main()
{
  unsigned char a = 200;
  unsigned char b = 100;
  unsigned char c = 0;
  c = a + b;
  printf(“%d %d”, a+b,c);
  return 0;
}

ebb265ff5ccd4c9bbcff3005e19d4875.png

所以选C。

printf在传入参数的时候如果是整形会默认传入四字节，所以a+b的结果是用一个四字节的整数接收的，不会越界。而c已经在c = a + b这一步中丢弃了最高位的1，所以只能是300-256得到的44了。

※由于printf是可变参数的函数，所以后面参数的类型是未知的，所以甭管你传入的是什么类型，printf只会根据类型的不同将用两种不同的长度存储。其中8字节的只有long long、float和double（注意float会处理成double再传入），其他类型都是4字节。所以虽然a + b的类型是char，实际接收时还是用一个四字节整数接收的。另外，读取时，%lld、%llx等整型方式和%f、%lf等浮点型方式读8字节，其他读4字节。

unsigned int a= 0x1234; unsigned char b=*(unsigned char *)&a;

在32位大端模式处理器上变A ）

A.0x00

B.0x12

C.0x34

D.0x1234

大端序中，低地址到高地址的四字节十六进制排列分别为00 00 12 34，其中第一个字节的内容为00，故选A

下面代码的结果是（ C）

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

A.1000

B.999

C.255

D.256 

a是字符型数组，strlen找的是第一次出现尾零（即值为0）的位置。考虑到a[i]其实是字符型，如果要为0，则需要-1-i的低八位要是全0，也就是问题简化成了“寻找当-1-i的结果第一次出现低八位全部为0的情况时，i的值”（因为字符数组下标为i时第一次出现了尾零，则字符串长度就是i）。只看低八位的话，此时-1相当于255，所以i==255的时候，-1-i（255-255）的低八位全部都是0，也就是当i为255的时候，a[i]第一次为0，所以a[i]的长度就是255了，故选C。

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关于大小端字节序的描述正B）

A.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的二进制位顺序

B.大小端字节序指的是数据在电脑上存储的字节顺序

C.大端字节序是把数据的高字节内容存放到高地址，低字节内容存放在低地址处

D.小端字节序是把数据的高字节内容存放到低地址，低字节内容存放在高地址处

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。

C，D说反了，选B。

5位运动员参加了10米台跳水比赛，有人让他们预测比赛结果：

A选手说：B第二，我第三；

B选手说：我第二，E第四；

C选手说：我第一，D第二；

D选手说：C最后，我第三；

E选手说：我第四，A第一；

比赛结束后，每位选手都说对了一半，请编程确定比赛的名次。

#includeint main()
{
	int a,b,c,d,e; 
	for(a=1;a<=5;a++)
	{
		for(b=1;b<=5;b++)
		{
			for(c=1;c<=5;c++)
			{
				for(d=1;d<=5;d++)
				{
					for(e=1;e<=5;e++)
					{
						if(((b==2)+(a==3))==1&&((b==2)+(e==4))==1&&((c==1)+(d==2))==1&&((c==5)+(d==3))==1&&((e==4)+(a==1))==1)
						{
							if(a*b*c*d*e==120)
							printf(" a=%2d\n b=%2d\n c=%2d\n d=%2d\n e=%2d\n",a,b,c,d,e);
						}
						
					}
				}
			}
		}
	}
	return 0;
}

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日本某地发生了一件谋杀案，警察通过排查确定杀人凶手必为4个嫌疑犯的一个。

以下为4个嫌疑犯的供词:

A说：不是我。

B说：是C。

C说：是D。

D说：C在胡说

已知3个人说了真话，1个人说的是假话。

现在请根据这些信息，写一个程序来确定到底谁是凶手。

方法1

//谁是1，谁就是凶手
#includeint main()
{
	int a,b,c,d;
	for(a=0;a<2;a++)//a只能等于1或0，其他b，c，d亦是如此
	{
		for(b=0;b<2;b++)
		{
			for(c=0;c<2;c++)
			{
				for(d=0;d<2;d++)
				{
					if(((a==0)+(c==1)+(d==1)+(d==0))==3)//0是假，1是真 
					{
					    if(a+b+c+d==1)
					    {
							printf("a=%d,b=%d,c=%d,d=%d", a, b, c, d);
						}
					}
				}
			}
		}
	}
	return 0;
}

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方法2（这个比较简洁，csdn上其他大佬写的学习下）

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317288c3b3f94d3d8cce1217d0056314.png

在屏幕上打印杨辉三角。

1

1 1

1 2 1

1 3 3 1

……

7d8341f5cac54c5c8501692ed6683f30.png

#includeint main()
{
	int arr[100][100],i,j,num;
	printf("请输入需要打印的行数：");
	scanf("%d",&num);
	for(i=0;i<100;i++)
	{
		for(j=0;j<100;j++)
		{
			arr[i][j]=0;
		}
	} 
	for(i=0;i

最后一道题，对得起自己，上述文章每一个小细节，宝子， 你都弄懂了！

未来的自己一定会感谢现在的你！

总结

阿巴阿巴，真要命，可以预见后面的每一期，看来会更得很慢，我加油。越来越觉得自己以前得博客需要重做，啊，要命。不知道宝子们看出来没，小喵已经改过一版了，感觉要改第三版了。要命，希望未来可以把《小猫猫大课堂》做成非常不错得学习C语言得资料。

宝子们懂了，我就懂了。

更了一期就要命了，我还是先更二轮啊，万一小喵不怕死呢？

寒假妮，准备开一个专栏《寒假不颓废训练》，计划开一个关于C++的知识专栏（acw）。

加油吧！好日子在等着你呢！小喵，喵喵喵~

更新不易，麻烦多多点赞，欢迎你的提问，感谢你的转发，

最后的最后，关注我，关注我，关注我，你会看到更多有趣的博客哦！！！

喵喵喵，你对我真的很重要。啊呜！！！

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