C语言第21讲 - 指南 - tlnshuju

C语言第21讲 - 指南

2025-09-29 20:47 tlnshuju 阅读(8) 评论(0) 收藏举报

整数在内存中的翻译

整数的二进制表示方式有3种，即原码，反码，补码

在内存中存放的是补码

类型存入翻译和类型取出翻译，数据存储方式和数据取出方式，都是同操作流程的相反顺序

在讲翻译前需要引入个概念符号位

符号位表示的就是数据在正负符号

例如：9 其实是 +9 (常常省略+号) -9

所以在32个比特位最前方一位表示为符号 0正 1符负

现讲，整形类型的翻译方式

整形的翻译方式会根据，整形的正负数分两类

正数：

正数的原码是本身的二级制

正数特殊的点在于原码反码补码都相同

例如：1的2进制(int为4字节，有32个比特位)

0 0000000 00000000 00000000 00000001

负数：

负数的原码也是本身二进制(正负原码翻译的没区别)

反码为符号为不变，其它位0变1,1变0

补码为在反码的基础上+1

例如：-1的全流程图如下

负数取出数据就是 -1 再符号位不变 0变1,1变0；只不过顺序流程倒置而已

不过取出将补码符号位不变 0变1 1变0 再+1也能得到原码

注意上面说的是两个方式，选一个就可以得到原码

数据在内存中的存放

我们常常会发现，数据在内存中存放是按比例反向的

我们去观察以下代码在内存中单存放

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include 
int main()
{
	int a = 0x11223344;
    return 0;
}

能发现，这里的存放是按字节为大小，反向存放着。这样的存放方式就叫做小端字节序

大小端字节序

其实超过一个字节的数据在内存中存储的时候，就会有存储顺序的问题。按照不同的存储顺序，我们分为大端字节序和小端字节序存储

字节序存储按照一个字节一个字节的大小分开数据，按某种顺序存储

这个顺序的分辨在与小端和大端

小端字节序：

将低位字节的内容存储到低地址处，高位字节的内容存储到高地址处

例如：

123 可以分出个位3 十位2 百位1

个位低位百位为高位

而数据会翻译成补码

再以一个字节大小分出高低位，分别存放

大端字节序：

讲低位字节内存存储到高位地址处，高位字节序内容存储到低地址处

问题：设计一个小程序来判断当前机器的字节序

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include 
int test()
{
	int a = 1;
	char* p = &a;
	return *p;
}
int main()
{
	if (test() == 1)
		printf("小端");
	else
		printf("大端");
	return 0;
}

题目2：

#include 
 int main()
 {
 char a= -1;                            // -1 VS. char是signed char 这个取决于编译器
 signed char b=-1;                      // -1
 unsigned char c=-1;                    // 255
 printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);
 return 0;
 }

 unsigned char c=-1;
 printf("%d",c);

结果为255的过程如下图判断

问题3：

 #include 
 int main()
 {
 char a = -128;
 printf("%u\n",a);        // 4294967168
 return 0;                // 11111111 11111111 11111111 10000000
 }

问题4：

#include 
 int main()
 {
 char a = 128;
 printf("%u\n",a);        // 4294967168
 return 0;                // 11111111 11111111 11111111 10000000
 }

128和-128在截取时都是1000 0000 后续操作一样值一样

问题5：

#include 
 int main()
{
char a[1000];
 int i;
 for(i=0; i<1000; i++)
 {
 a[i] = -1-i;
 }
 printf("%d",strlen(a));        // 255
 return 0;
}

这里有个结论图：

问题5：

 #include 
 //X86环境 ⼩端字节序
int main()
 {
 int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
 int *ptr1 = (int *)(&a + 1);
 int *ptr2 = (int *)((int)a + 1);     // 0x00 00 00 04   0x 02 00 00 00
 printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);    // 4               2000000
 return 0;
 }

浮点数在内存中的存储

任意⼀个⼆进制浮点数V可以表⽰成下⾯的形式

V = (-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，M是⼤于等于1，⼩于2的

• 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

观察上方式子可以发现，(-1) 和 2是固定常数，变化的位 S M E 三数所以存储只需要储存S M E 就好了

在存储 S M E 3数时还需要注意2点：

1.由于 M 数总是会变化成 1.xxxx的数，范围在(1,2)之间

所以再存储时可以将1.xxxx的1不进行存储，在有效位存储时会多出1位

2.将举例改为0.5时会发现E 会出现负数情况，所以 E在存储时会根据类型的不同做出一下措施：

1.32位 E+127(中间值)

2.64为 E+1023(中间数)

这中间数和E在内存中存储的内存空间大小相关

现在储存内容弄清后，接下来就是每个内容有多大存储空间

由国家标准规定：

32位( float 4字节)：

64位( double 8字节)

浮点数取的过程指数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(中间值)=126，表⽰为01111110，⽽尾数1.0去掉整数部分为0，补⻬0到23位 00000000000000000000000，则其⼆进制表⽰形式为:

0 01111110 00000000000000000000000

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;

这相当于指数被固定为最小的值（-126），然后只通过尾数部分来提供更精细的精度

0 00000000 00100000000000000000000

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）；

0 11111111 00010000000000000000000

问题：

 #include 
 int main()
 {
 int n = 9;
 float *pFloat = (float *)&n;
 printf("n的值为：%d\n",n);                    // 9
 printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);        // 0.000000
 *pFloat = 9.0;
                                              // 0 1000 0010 001 0000 00000000 00000000
 printf("num的值为：%d\n",n);                  // 1091567616
 printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);        // 9.000000
 return 0;
 }

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