• C进阶--数据的存储

    ⚙ 1. 数据类型介绍

    1.1基本内置类型

    ⭕ 整形：
    char(char又叫短整型)unsigned char
    signed char
    shortunsigned short[int]
    signed short [int]
    intunsigned int
    signed int
    longunsigned long [int]
    signed long [int]
    ⭕ 浮点数：
    float（单精度浮点数）
    double（双精度浮点数）

     区别：

    1. 存储空间：float类型占用4个字节（32位），而double类型占用8个字节（64位）。因此，double类型可以表示更大范围的数值，并且具有更高的精度。

    2. 表示范围：float类型可以表示的有效位数大约是6-7位，而double类型可以表示的有效位数大约是15-16位。因此，double类型可以表示更大范围的数值，并且可以提供更高的精度。

    然而，由于double类型占用的存储空间更大，它相对于float类型的运算速度可能会稍慢。因此，在选择使用float还是double时，需要根据具体需求来决定。

    ⭕ 构造类型：
    ⚪ 数组类型
    ⚪ 结构体类型 （struct）
    ⚪ 枚举类型 （enum）
    ⚪ 联合类型 （union）
    ⭕ 指针类型：
    ⚪ int *     ⚪ char*      ⚪ long *
    ⚪ float*   ⚪double*   ⚪ voibaxin
    注意事项：
    * 偏向谁这个有的书上是有规范的，但是一直没有很严格的要求，但是我们在连续赋值时要注意以下的两种情况： 
    1. int * p1,p2;//①p1是指针, p2不是指针
    2. int *p1,*p2;//②p1, p2都是一级指针
    3. int * p1;int *p2;//③p1, p2都是一级指针

    避免出现这种有误会性质的代码，方便别人也方便自己，我们使用方式3最好

    ⭕ 空类型：
    void表示空类型（无类型），通常用于函数的返回类型，

    ⚙ 2. 整形在内存中的存储

    变量的创建时要在内存中开辟空间的。而空间的大小时根据不同类型来决定的。

    2.1 原码，反码，补码

    数据在内存中通过二进制来存储的，这是一个基本常识了（0 1 ->计算机）
    原码：
    直接将整数的二进制按照正负数形式翻译即可。
    反码：
    原码的符号位保持不变，将其他位按位取反即可。
    补码：
    反码+1 即可。
    对于整形来说，数据存放内存实际用的是补码
    ❓❓❓        为什么呢
    🙋‍🙋‍🙋‍   
    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。
    tips: 查看内存的方法：
    观察代码：
    我们可以看到对于 a 和 b 分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点 不对劲 。
    这是又为什么❓

    2.2 大小端

    🌼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。
    为什么有大端和小端：
    🙋‍  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 。
     
    我们可以通过下面这个小实验来测试判断自己的电脑的字节序
    （ 这个问题在2015年出现在百度的笔试题中） 
    1. #include
    2.  
    3.  
    4. int check_sys()
    5. {
    6. 	int i = 1;
    7. 	return (*(char*)&i);
    8.  
    9. }
    10. int main()
    11. {
    12. 	int ret = check_sys();
    13. 	if (ret == 1)
    14. 		printf("小端\n");
    15. 	else
    16. 		printf("大端 \n");
    17.  
    18. 	return 0;
    19. }

    运行结果：

    check_sys函数也可以这样写

    1. int check_sys()
    2. {
    3. 	union {
    4. 		int i;
    5. 		char c;
    6. 	}u;
    7. 	u.i = 1;
    8. 	return u.c;
    9. }

    ⚙3. 浮点型在内存中的存储

    常见的浮点数 ： 3.1415 1E10

      3.1浮点数存储的例子：

    实验代码：

    1. #include 
    2. int main()
    3. {
    4. 	int n = 9;
    5. 	float* pFloat = (float*)&n;
    6. 	printf("n的值为：%d\n", n);
    7. 	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
    8. 	*pFloat = 9.0;
    9. 	printf("num的值为：%d\n", n);
    10. 	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
    11. 	return 0;
    12. }

    实验结果：

    好奇怪是不是？我们直观的感受是9.0==9 ，那他们打印出来的值应该是相等的才对啊。
    当然，直观的感受往往需要经过实践推敲才能确定。让我们来认真 细细分析以下

    3.2浮点数存储规则

    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
    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
    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 。
    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:
                    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。
      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。 
    9->0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

    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。 
    9.0-> 1001.0->(-1)^01.0012^3 ->s=0,M=1.001,E=3+127=130

    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 这个32位的二进制数，还原成十进制，正是 1091567616 。

    📕小测试：

     🖊 1.下面程序输出什么？ 
    1. #include 
    2. int main()
    3. {
    4. 	char a = -1;
    5. 	signed char b = -1;
    6. 	unsigned char c = -1;
    7. 	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
    8. 	return 0;
    9. }

     🖊 2.下面程序输出什么？ 
    1. #include 
    2. int main()
    3. {
    4.     char a = -128;
    5.     printf("%u\n",a);
    6.     return 0;
    7. }

     🖊 3.下面程序输出什么？

    1. #include 
    2. int main()
    3. {
    4. 	char a = 128;
    5. 	printf("%u\n", a);
    6. 	return 0;
    7. }

     🖊 4.下面程序输出什么？ 
    1. #include 
    2.  
    3. int main()
    4. {
    5. 	int i = -20;
    6. 	unsigned int j = 10;
    7. 	printf("%d\n", i + j);
    8.  
    9. 	return 0;
    10. }

     🖊 5.下面程序输出什么？ 
    1. #include 
    2.  
    3. int main()
    4. {
    5. 	unsigned int i;
    6. 	for (i = 9; i >= 0; i--)
    7. 	{
    8. 		printf("%u\n", i);
    9. 	}
    10. 	return 0;
    11. }

     🖊 6.下面程序输出什么？ 
    1. #include 
    2. int main()
    3. {
    4. 	char a[1000];
    5. 	int i;
    6. 	for (i = 0; i < 1000; i++)
    7. 	{
    8. 		a[i] = -1 - i;
    9. 	}
    10. 	printf("%d", strlen(a));
    11. 	return 0;
    12. }

     🖊 7.下面程序输出什么？ 
    1. #include 
    2. unsigned char i = 0;
    3. int main()
    4. {
    5. 	for (i = 0; i <= 255; i++)
    6. 	{
    7. 		printf("hello world\n");
    8. 	}
    9. 	return 0;
    10. }

    🙋‍答案：

    1.o(*^▽^*)┛
    2.o(*^▽^*)┛
    3.o(*^▽^*)┛
    4.o(*^▽^*)┛
    5. o(*^▽^*)┛
    6.o(*^▽^*)┛
    7.o(*^▽^*)┛
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