c语言内存函数以及数据在内存中的存储

代码见:登录 - Gitee.com

1. memcpy使用和模拟实现

strcpy,strncpy是拷贝字符串的,有局限性

函数原型:

void * memcpy ( void * destination, const void * source, size_t num );
功能:
memcpy 是完成内存块拷⻉的,不关注内存中存放的数据是什么
函数 memcpy 从 source 的位置开始向后复制 num 个字节的数据到 destination 指向的内存
位置。
如果 source 和 destination 有任何的重叠,复制的结果都是未定义的。
(内存重叠的情况使⽤ memmove 就⾏)
memcpy 的使⽤需要包含 <string.h>
参数:
destination :指针,指向⽬标空间,拷⻉的数据存放在这⾥
source :指针,指向源空间,要拷⻉的数据从这⾥来
num :要拷⻉的数据占据的字节数
返回值:
拷⻉完成后,返回⽬标空间的起始地址

2. memmove使用和模拟实现

函数原型:

void * memmove ( void * destination, const void * source, size_t num );
功能:
• memmove函数也是完成内存块拷⻉的
• 和memcpy的差别就是memmove函数处理的源内存块和⽬标内存块是可以重叠的。
• memmove的使⽤需要包含<string.h>
参数:
destination :指针,指向⽬标空间,拷⻉的数据存放在这⾥
source :指针,指向源空间,要拷⻉的数据从这⾥来
num :要拷⻉的数据占据的字节数
返回值:
拷⻉完成后,返回⽬标空间的起始地址

3. memset函数的使用

函数原型:

void * memset ( void * ptr, int value, size_t num );
功能:
• memset 函数是⽤来设置内存块的内容的,将内存中指定⻓度的空间设置为特定的内容。
• memset 的使⽤需要包含 <string.h>
参数:
ptr :指针,指向要设置的内存空间,也就是存放了要设置的内存空间的起始地址。
value :要设置的值,函数将会把 value 值转换成 unsigned char 的数据进⾏设置的。也就是
以字节为单位来设置内存块的。
num :要设置的内存⻓度,单位是字节。
返回值:返回的是要设置的内存空间的起始地址。

4. memcmp函数的使用

函数原型:

int memcmp ( const void * ptr1, const void * ptr2, size_t num );
功能:
⽐较指定的两块内存块的内容,⽐较从ptr1和ptr2指针指向的位置开始,向后的num个字节
memcmp 的使⽤需要包含 <string.h>
参数:
ptr1 :指针,指向⼀块待⽐较的内存块
ptr2 :指针,指向另外⼀块待⽐较的内存块
num :指定的⽐较⻓度,单位是字节

返回值:

5.整数在内存中的存储

整数的2进制有三种表示方式:原码,反码和补码

有符号整数,三种表示方法均有符号位和数值位

无符号整数始终>=0

正整数的原,反,补码都相同,负整数三种表示方法各不相同。

对于整型:数据存放在内存中实际存放的是二进制的补码。

因为在计算机系统中,数值⼀律用补码来表示和存储。使用补码,可以将符号位和数值域统⼀处理,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。

6.大小端字节序和字节序判断

 在a,b中的数字是按照字节为单位,倒着存储

6.1什么是大小端

超过一个字节的数据在内存中存储时,有存储顺序的问题,按不同的存储顺序,分为大端字节序存储和小端字节序存储。

大端存储:数据的高位字节内容保存在内存的低地址处,低位字节保存在高地址处。

小端存储:数据的高位字节内容保存在内存的高地址处,低位字节保存在低地址处。

6.2为什么有大小端?

在计算机系统中,以字节为单位,而每个地址单位都对应着一个字节,一个字节为8bit位,不过在c语言中除了8bit的char型外,还有16bit的short型,32bit的long型(看具体编译器),另外,对于位数大于8位的处理器,由于寄存器宽度大于一个字节,那么必然存在如何将多个字节安排的问题。所以导致大端存储模式和小端存储模式。

我们常用的x86结构是小端模式,而KEIL C51为大端模式,很多ARM,DSP都为小端模式,有些ARM处理器还可以由硬件选择是大端还是小端。

6.3练习

6.3.1练习1

简述大端字节序和小端字节序的概念,设计⼀个小程序来判断当前机器的字节序。

6.3.2练习2

signed char取值范围:-123~127

unsigned char取值范围:0~255

6.3.3练习3

6.3.4练习4

6.3.5练习5

6.3.6练习6

7.浮点数在内存中的存储

常见的浮点数:3.14159、1E10(1.0乘以10的十次方)等,浮点数家族包括: float、double、long double 类型.

浮点数表示的范围: float.h 中定义。

输出结果是什么?

7.1浮点数的存储

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:

举例:

IEEE 754规定:

7.1.1浮点数存的过程

IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特别的规定:

由于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。 IEEE754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。

对于指数E:

E为⼀个无符号整数(unsigned int)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。而科学计数法中的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。

7.1.2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(常规情况)

浮点数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,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。

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

7.2题目解析

回到初始的题目

1.为什么9还原为浮点数就是0.000000?

9以整型的形式存储在内存中,得到如下⼆进制序列:

0 00000000 00000000000000000001001

浮点数为:(-1)^0 * 0.00000000000000000001001*2^(-126)=1.001*2^(-146),由于恒接近0,所以表示为0.000000

2.为什么浮点数9.0,整数打印是 1091567616?

9.0  =  (−1)^0∗(1.001)  ∗  2^3

其中:s = 0,E = 3 +127 = 130,其二进制形式:

0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

上述为补码形式,在转换为原码,则为1091567616

本章完。

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