C语言进阶--数据的存储

1.数据类型介绍

内置类型

char  //字符数据类型  1字节
short  //短整型      2字节
int  //整型          4字节
long  //长整型       4/8字节
long long  //更长的整型  8字节   (C99中引入的)
float  //单精度浮点数    4字节
double  //双精度浮点数   8字节sizeof(long) >= sizeof(int)
4(32位平台)/8(64位平台)  >=  4   字节

类型的意义

使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定使用范围）
如何看待内存空间的视角

1.1类型的基本归类

整型家族

char    (字符的本质是ASCII码值，属于整型，所以划分到整型家族)  (char 类型 到底是signed char 还是unsigned char ，在C语言标准中是未定义的，取决于编译器的实现) —— char 比较特殊unsigned charsigned charshortunsigned short [int]signed short [int]int     (int a; ————> 这里的int类型默认指的是signed int) unsigned intsigned intlongunsigned long [int]signed long [int]long longunsigned long long [int] signed long long [int]

生活中有些数据是没有负数的，比如身高，体重，长度等。 ——> unsigned

但有些数据是有负数的，比如温度。——> signed

浮点型家族

float
double

只要是表示小数就可以使用浮点型。

float的精度低，存储的数值范围较小；double的精度高，存储的数值范围更大。

构造类型（自定义类型:我们可以自己创建出新的类型）

数组类型
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union

//数组类型
int arr1[5]; //数组类型：int [5]
int arr2[8]; //数组类型：int [8]
char arr3[5]; //数组类型：char [5]

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

void test(void) //第一个void 表示函数没有返回值；第二个void 表示函数不需要传任何参数
{}

2.整型在内存中的存储

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。

//数值有不同的表示形式，2进制，8进制，10进制，16进制
//eg：21
//0b10101 —— 025 —— 21 —— 0x15

2.1原码、反码、补码

整数的2进制表示也有3种表示形式：原码、反码、补码。

1.正的整数，原码、反码、补码相同。

2.负的整数，原码、反码、补码是需要计算的。

原码（直接通过正负的形式写出的二进制序列）

反码（原码的符号位不变，其它位按位取反）

补码（反码+1）

int main()
{int a = 20;//00000000 00000000 00000000 00010100 - 原码（二进制）//0x00 00 00 14 - 原码、反码、补码（十六进制）//00000000 00000000 00000000 00010100 - 反码（二进制）//00000000 00000000 00000000 00010100 - 补码（二进制）int b = -10;//10000000 00000000 00000000 00001010 - 原码（二进制）//0x80 00 00 0a - 原码（十六进制）//11111111 11111111 11111111 11110101 - 反码（二进制）//0xff ff ff f5 - 反码（十六进制）//11111111 11111111 11111111 11110110 - 补码（二进制）   //0xff ff ff f6 - 补码（十六进制）return 0;
}

在这里插入图片描述
整数在内存中存放的是补码的二进制序列。

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。

2.2大小端介绍

在这里插入图片描述
大端【字节序】存储：把一个数据的高位字节序的内容放在低地址处，把低位字节序的内容放在高地址处。

小端【字节序】存储：把一个数据的高位字节序的内容放在高地址处，把低位字节序的内容放在低地址处。

我们常用的X86结构是小端模式，而KEIL C51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大端模式还是小端模式。

//判断大小端
#include <stdio.h>int main()
{int a = 1;if (*(char*)&a == 1){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return 0;
}

//判断大小端(封装成函数)
#include <stdio.h>
int check_sys()
{int a = 1;if (*(char*)&a == 1){return 1;}else{return 0;}
}
int main()
{int ret = check_sys();if (ret == 1)printf("小端\n");elseprintf("大端\n");return 0;
}

//判断大小端(封装成函数,简洁版)
#include <stdio.h>
int check_sys()
{int a = 1;return *(char*)&a;
}
int main()
{int ret = check_sys();if (ret == 1)printf("小端\n");elseprintf("大端\n");return 0;
}

3.浮点型在内存中的存储

常见的浮点数：

3.14159

1E10（1.0*e的10次方，科学计数法）

浮点数家族：float、double、long double（C99中引入）类型。

浮点数表示的范围：float.h中定义。

整数表示的范围：limits.h中定义。

在这里插入图片描述

3.1浮点数存储序列

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【-1的S次方】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【2的E次方】表示指数位。

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32位是有效数字M。

在这里插入图片描述
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位是有效数字M。

在这里插入图片描述
IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别的规定：

前面说过，1<=M<2，也就是说，M可以写成1.xxxx的形式，其中xxxx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xxxx部分。比如保存1.01时，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：节省1位有效数字。

至于指数E，情况比较复杂。

首先，E为一个无符号整数（unsigned int），这意味着，如果E为8位，它的取值范围是0-255；如果E为11位，它的取值范围是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。

int main()
{float f = 5.5f;//101.1 - 二进制//1.011*2^2 - 科学计数法//S=0，M=1.011,E=2（存储时+中间值127=129）//0 10000001 011(后面不足23bit直接补0)00000000000000000000//01000000101100000000000000000000//0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000（写出16进制）//0x40 b0 00 00return 0;
}

在这里插入图片描述
然后，指数E从内存这种取出还可以分成三种情况：

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 10000001 01100000000000000000000
(-1)^0 * 1.01100000000000000000000 * 2^2 【129-127=2】

E全为0

这时，浮点数的指数E等于1-127（或者1-1023），即位真实值。有效数字M也不再加上第一位的1，而是还原为0.xxxx的小数。这样做是为了表示正负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，表示正负无穷大（正负取决于符号位S）。

作业1：输入一个整数数组，实现一个函数来调整该数组中数字的顺序，使得数组中所有的奇数位于数组的前半部分，所有偶数位于数组的后半部分。

//输入一个整数数组，实现一个函数来调整该数组中数字的顺序，使得数组中所有的奇数位于数组的前半部分，所有偶数位于数组的后半部分。#include <stdio.h>void move_odd_even(int arr[], int sz)
{int left = 0;int right = sz - 1;while (left < right){//从左向右找一个偶数，遇到奇数停下来while ((left < right)&& (arr[left] % 2 == 1)) //可能存在越界，加上条件(left < right){left++;}//从右向左找一个奇数，遇到偶数停下来while ((left < right)&& (arr[right] % 2 == 0)){right--;}//交换奇数和偶数if (left < right){int tmp = arr[left];arr[left] = arr[right];arr[right] = tmp;left++;right--;}}
}
int main()
{int arr[10] = {0};//输入int i = 0;int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);for (i = 0; i < sz; i++){//scanf("%d", &arr[i]); //等价于下面代码scanf("%d", arr+i);}//调整move_odd_even(arr, sz);//输出for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]); }return 0;
}

作业2：有序序列合并

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 0;int m = 0;scanf("%d %d", &n, &m);int arr1[n]; //C99支持的变长数组int arr2[m];//输入n个整数int i = 0;for (i = 0; i < n; i++){scanf("%d", &arr1[i]);}//输入m个整数for (i = 0; i < m; i++){scanf("%d", &arr2[i]);}//合并打印int j = 0; //n数组下标int k = 0; //m数组下标while (j<n && k<m){if (arr1[j] < arr2[k]){printf("%d ", arr1[j]);j++;}else{printf("%d ", arr2[k]);k++;}}if (j<n){for (; j < n; j++){printf("%d ", arr1[j]);}}else //k<m{for (; k < m; k++){printf("%d ", arr2[k]);}}return 0;
}

//如果要存储在一个新数组里面
#include <stdio.h>
int main()
{int n = 0;int m = 0;scanf("%d %d", &n, &m);int arr1[n]; //C99支持的变长数组int arr2[m];int arr3[m+n];//输入n个整数int i = 0;for (i = 0; i < n; i++){scanf("%d", &arr1[i]);}//输入m个整数for (i = 0; i < m; i++){scanf("%d", &arr2[i]);}//合并打印int j = 0; //arr1数组下标int k = 0; //arr2数组下标int r = 0; //arr3数组下标while (j<n && k<m){if (arr1[j] < arr2[k]){arr3[r++] = arr1[j];//printf("%d ", arr1[j]);j++;}else{arr3[r++] = arr2[k];//printf("%d ", arr2[k]);k++;}}if (j<n){for (; j < n; j++){arr3[r++] = arr1[j];//printf("%d ", arr1[j]);}}else //k<m{for (; k < m; k++){arr3[r] = arr2[k];//printf("%d ", arr2[k]);}}//打印for (i = 0; i < m+n; i++){printf("%d ", arr3[i]);}return 0;
}