C语言王国——数据的内存管理

目录

一、引言

二、整形在内存中的存储

2.1 进制之间的转换

2.1.1 整形的二进制

2.1.2 十进制和二进制

2.1.3 十进制和八进制的转换

2.1.4  十六进制和十进制的转换

2.2 原码,反码,和补码

三、大、小端字节序

3.1 大小端的定义

3.2 为什么会有大小端之分

3.3 代码区分

四、浮点型在内存中的存储

五、结论


一、引言

众所周知,计算机只能识别二进制语言,原理在于计算机只能识别打开和关闭的电信号,也就是0和1。那么我们日常生活中各种负载的数据计算机是怎么识别和存储的呢。作为一个高端的程序员,我们不仅仅要会写代码,也要去了解计算机的运行原理和存储方式,所以接下来,姜糖将会给大家阐述一下我学习到的关于数据的内存管理的相关知识。


二、整形在内存中的存储

整数是我们日常生活中常见的数据类型,所以我们先来讲讲整数。

2.1 进制之间的转换

2.1.1 整形的二进制

由sizeof(int)得知,整形有4个字节,而4个字节由32个bit构成,在计算机科学中,1位(bit)是最小的计算机存储单位,可以存储一个二进制的数值,即0或1

所以整形的二进制是:如图,图中方格表示位,里面是0或者1。

 当整形为0时,32个位全为0,加2则如图:

因为计算机只能识别0和1所以当计算机遇到2时就会进一位,如十进制遇十进位一样。 

而我们在计算机里常用的就是二进制,八进制和十六进制,生活中我们一般用十进制,所以接下来姜糖就来给大家讲一下它们的转换。

2.1.2 十进制和二进制

首先是我们最常见最熟悉的十进制。它们之间怎么转换呢?

我们再次观察二进制的结构会发现如图的规律:

当前方格中的数*2^(方格从右往前数的个数-1) = 当前方格在十进制中的表示

然后将它们加起来就行了,如图中第一位为1,在十进制中表示1,其他方格为0,0*任何数字为0,所以就是0+1=1,所以十进制也为1。

2.1.3 十进制和八进制的转换

那么八进制怎么转换为八进制呢?

而转换为十进制的方法而和二进制大同小异:

当前方格中的数*8^(所在位数-1) = 当前方格在十进制中的表示

2.1.4  十六进制和十进制的转换

那么十六进制有该如何转换呢?

由前面可知,十六进制也只包含0~15的数字,那么在存两位数的时候会和一位数搞混,如存15时,那1和5怎么办。所以十六进制中10~15用a~f表示。

那么先转换成二进制,我们发现4个二进制位可以完美放下0~15的数字,所以4个二进制位表示一个十六进制的位:

当前方格中的数*16^(方格从右往前数的个数-1) = 当前方格在十进制中的表示

2.2 原码,反码,和补码

正数中,原码,反码,补码都相同。

在我们生活中不仅有正数还有负数的存在,那么负数在计算机里又是怎么存储的呢?

计算机规定把数值位最高的一位当作字符位,0为正,1为负:如图位:+1

我刚刚跟大家讲的就是数据的原码,而反码就是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则0变成1,1变成0

补码则为反码+1:

 *补码变成原码,不用倒推,符号位不变,取反+1便可

而我们在计算机中一般存放的是补码,你这是为什么呢?

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。


三、大、小端字节序

在我们写代码进行调试看地址时会发现一个有趣的现象:如我的VS

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 0x01020304;return 0;
}

我们发现其地址和我输进去的是反着来的,就和我上面画的图一样,其实这是计算机的一种存储方式——小端存储

3.1 大小端的定义

既然有了小端存储,那么就有大段存储,那么什么是大小端呢?

其实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,按照不同的存储顺序,我们分 为⼤端字节序存储和⼩端字节序存储,下⾯是具体的概念:

大端(存储)模式:是指数据的低位字节内容保存在内存的⾼地址处,⽽数据的⾼位字节内容,保存 在内存的低地址处。

小端(存储)模式:是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处,⽽数据的⾼位字节内容,保存 在内存的⾼地址处。 上述概念需要记住,⽅便分辨⼤小端。

如图:

 

3.2 为什么会有大小端之分

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8bit位,但是在C语⾔中除了8bit的 char 之外,还有16bit的 short 型,32bit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。

3.3 代码区分

那我们能不能写一个代码区分一下编译器到底是大端存储还是小端存储呢?

首先我们讲整形赋值一个1进去,这样子这个数据的低字节就有了一个1,其他的全为0。然后我们用字符型去把这个数据的第一个字节取出来,如果为1则为小端存储。反之为0则为大端存储。

代码如下:

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 1;int* b = (char*)&a;if (*b)printf("小端");elseprintf("大端");return 0;
}


四、浮点型在内存中的存储

我们谈论完了整形数据的存储,接下来我们来看一看浮点型类型的存储吧。

首先让我们想一想,浮点型的存储是否和整形一样呢?

我们可以用代码验证:

#include<stdio.h>int main()
{int n = 3;float* pFloat = (float*)&n;printf("n的值为:%d\n", n);printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);*pFloat = 3.0;printf("num的值为:%d\n", n);printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);return 0;
}

结果为:

很明显的可以得出,整形和浮点型存储的方式是不一样的。

那么浮点型是怎么存储的呢?

经过我的查阅资料:

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:

按照上面规定的那样,十进制3.0转换为二进制的浮点数:

(十进制)3.0=(二进制)11.0 = (二进制)1.10 * 10^1

S = 0;

M = 1.10

E = 1

IEEE754规定;

对于32位的浮点数,最高的1位存储符号位S,接着的8位存储指数E,剩下的23位存储有效数字M:

对于64位的浮点数,最高的1位存储符号位S,接着的11位存储指数E,剩下的52位存储有效数字M

IEEE 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IEEE754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。
 

我们已经知道了二进制中浮点数存的过程,那么我们怎么取二进制数呢?

E分三种情况:

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:

1 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。

1 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);

1 0 11111111 00010000000000000000000

所以3.0存进去,(32位)二进制位位:

0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0  0 0 0 0 0


五、结论

C语言的内容不止于此,还有更多需要我们共同发现,今天C语言的内存数据管理就到这里啦,如果姜糖有讲的不好的地方欢迎大家提出,谢谢大家,也希望大家能一键三连哦!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/web/24988.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

pxe批量部署linux介绍

1、PXE批量部署的作用及必要性&#xff1a; 1&#xff09;智能实现操作系统的批量安装&#xff08;无人值守安装&#xff09;2&#xff09;减少管理员工作&#xff0c;提高工作效率3&#xff09;可以定制操作系统的安装流程a.标准流程定制(ks.cfg)b.自定义流程定制(ks.cfg(%pos…

AAAA Java

Assignment: Please download the starter code from here (https://canvas.vt.edu/courses/185343/files/33260937? wrap1) (https://canvas.vt.edu/courses/185343/files/33260937/download?download_frd1) . For your last project, you will write a memory manag…

LLVM Cpu0 新后端8 尾调用优化 Stack Overflow Exception异常

想好好熟悉一下llvm开发一个新后端都要干什么&#xff0c;于是参考了老师的系列文章&#xff1a; LLVM 后端实践笔记 代码在这里&#xff08;还没来得及准备&#xff0c;先用网盘暂存一下&#xff09;&#xff1a; 链接: https://pan.baidu.com/s/1V_tZkt9uvxo5bnUufhMQ_Q?…

java生成pdf通过接口下载

pom <!--生成pdf--> <dependency><groupId>com.itextpdf</groupId><artifactId>itextpdf</artifactId><version>5.5.11</version> </dependency>demo package com.example.controller;import com.itextpdf.text.*; im…

【iOS】JSONModel源码阅读笔记

文章目录 前言一、JSONModel使用二、JSONModel其他方法转换属性名称 三、源码分析- (instancetype)initWithDictionary:(NSDictionary*)dict error:(NSError **)err[self init]__setup____inspectProperties - (BOOL)__doesDictionary:(NSDictionary*)dict matchModelWithKeyMa…

android集成百度文心一言实现对话功能,实战项目讲解,人人都能拥有一款ai应用

大家好&#xff0c;今天给大家讲解下如何实现一个基于百度文心一言的app功能&#xff0c;app内部同时集成了讯飞的语音识别。本文适用于有android基础的小伙伴阅读&#xff0c;文章末尾放上本项目用到的全部实例代码&#xff0c;在使用前请务必看完本文章。 先来给大家看看效果…

微信小程序毕业设计-医院挂号系统项目开发实战(附源码+论文)

大家好&#xff01;我是程序猿老A&#xff0c;感谢您阅读本文&#xff0c;欢迎一键三连哦。 &#x1f49e;当前专栏&#xff1a;微信小程序毕业设计 精彩专栏推荐&#x1f447;&#x1f3fb;&#x1f447;&#x1f3fb;&#x1f447;&#x1f3fb; &#x1f380; Python毕业设计…

Linux 36.3 + JetPack v6.0@jetson-inference之图像分类

Linux 36.3 JetPack v6.0jetson-inference之图像分类 1. 源由2. imagenet2.1 命令选项2.2 下载模型2.3 操作示例2.3.1 单张照片2.3.2 视频 3. 代码3.1 Python3.2 C 4. 参考资料5. 补充5.1 第一次运行模型本地适应初始化5.2 samba软连接 1. 源由 从应用角度来说&#xff0c;图…

python-NLP常用数据集0.1.022

python-NLP常用数据集0.1.022 MRPC数据集XNLI数据集SQuAD数据集 MRPC数据集 Microsoft Research Paraphrase Corpus 3600个数据 下载地址&#xff1a;https://gist.github.com/W4ngatang/60c2bdb54d156a41194446737ce03e2e格式 Quality #1 ID #2 ID #1 String #2 String 1 1…

【java】JVM前端编译器的局限性

目录 1. 不涉及编译优化2.功能限制3. 静态编译特性4. 与AOT编译器的对比 1. 不涉及编译优化 1.前端编译器的主要任务是将符合Java语法规范的Java代码转换为符合JVM规范的字节码文件2.并不会直接涉及编译优化等方面的技术。3.具体的优化细节通常是由HotSpot的JIT(Just In Time)…

IO数据流

数据流将“基本数据类型与字符串类型”作为数据源&#xff0c;从而允许程序以与机器无关的方式从底层输入输出流中操作Java基本数据类型与字符串类型。 DataInputStream和OutputStream提供了可以存取与机器无关的所有Java基础类型数据&#xff08;如&#xff1a;int、double、…

【Python入门与进阶】Pycharm配置与优化

1. 简介 PyCharm 是一款功能强大的 Python 集成开发环境(IDE),由 JetBrains 公司开发。它提供了丰富的代码编写、调试、测试等功能,广泛应用于Python 项目开发中。 - 智能代码提示和自动补全 - 支持多种Python框架和库 - 强大的调试和测试功能 - 集成版本控…

软件测试--第十一章 设计和维护测试用例

1.单选题 (2分) 下面有关测试设计的叙述,说法不正确的是( )。 A 测试用例的设计是一项技术性强.智力密集型的活动 B 在开展测试用例设计前,必须将测试需求进行详细展开 C 在一般的测试组织内,测试用例的评审可能不是正式的评审会 D 在测试用例设计时,只设计覆盖正常流程和操…

CAN协议简介

协议简介 can协议是一种用于控制网络的通信协议。它是一种基于广播的多主机总线网络协议&#xff0c;常用于工业自动化和控制领域。can协议具有高可靠性、实时性强和抗干扰能力强的特点&#xff0c;被广泛应用于汽车、机械、航空等领域。 can协议采用了先进的冲突检测和错误检测…

Application Load Balancer-ALB

Application Load Balancer-ALB 什么是ALB开通ALB服务实现IPv4服务的负载均衡创建ALB实例创建服务器组添加后端服务器配置监听设置域名解析&#xff08;可选&#xff09;释放ALB实例 什么是ALB 在介绍ALB之前首先介绍一下负载均衡SLB&#xff0c;可以说SLB是负载均衡家族之首 …

ubuntu20.04 安装OpenSSL 1.0.2o (借助腾讯AI完全OK)

文章目录 ubuntu20.04安装openssl-1.0.2o安装后看不到版本信息如何解决 腾讯云 AI 代码助手: 要确认 Linux 开发板的 CPU 是多少位的&#xff0c;可以使用以下方法&#xff1a; 打开终端。输入以下命令&#xff0c;然后按回车键&#xff1a; cat /proc/cpuinfo这将显示关于 CP…

Elastic Search(ES)Java 入门实操(3)数据同步

基本概念和数据查询代码&#xff1a; Elastic Search &#xff08;ES&#xff09;Java 入门实操&#xff08;1&#xff09;下载安装、概念-CSDN博客 Elastic Search&#xff08;ES&#xff09;Java 入门实操&#xff08;2&#xff09;搜索代码-CSDN博客 想要使用 ES 来查询数…

【WEB前端2024】3D智体编程:乔布斯3D纪念馆-第37课-自动切换纹理

【WEB前端2024】3D智体编程&#xff1a;乔布斯3D纪念馆-第37课-自动切换纹理 使用dtns.network德塔世界&#xff08;开源的智体世界引擎&#xff09;&#xff0c;策划和设计《乔布斯超大型的开源3D纪念馆》的系列教程。dtns.network是一款主要由JavaScript编写的智体世界引擎&…

jupyter notebook使用conda环境

pycharm中安装过可以使用的库在jupyter notebook中导入不进来 1 检查pycharm中安装的库的位置 2 检查jupyter notebook中安装的库的位置 3 查看jupyter notebook内核名字 可以看到jupyter notebook中内核名字叫ipykernel 4 安装ipykernel 在pycharm的terminal中 pip instal…

Web前端的宋体:深入剖析与未来展望

Web前端的宋体&#xff1a;深入剖析与未来展望 在数字时代的浪潮中&#xff0c;Web前端技术如一股清新的宋体之风&#xff0c;为互联网世界带来了独特的美学体验与交互魅力。然而&#xff0c;这看似简单的“宋体”二字&#xff0c;却蕴含着丰富的内涵与无尽的可能。那么&#…