C語言進階--數據的存儲

1.數據類型介紹

內置類型

char  //字符數據類型  1字節
short  //短整型      2字節
int  //整型          4字節
long  //長整型       4/8字節
long long  //更長的整型  8字節   (C99中引入的)
float  //單精度浮點數    4字節
double  //雙精度浮點數   8字節sizeof(long) >= sizeof(int)
4(32位平臺)/8(64位平臺)  >=  4   字節

類型的意義

使用這個類型開辟內存空間的大小（大小決定使用范圍）
如何看待內存空間的視角

1.1類型的基本歸類

整型家族

char    (字符的本質是ASCII碼值，屬于整型，所以劃分到整型家族)  (char 類型 到底是signed char 還是unsigned char ，在C語言標準中是未定義的，取決于編譯器的實現) —— char 比較特殊unsigned charsigned charshortunsigned short [int]signed short [int]int     (int a; ————> 這里的int類型默認指的是signed int) unsigned intsigned intlongunsigned long [int]signed long [int]long longunsigned long long [int] signed long long [int]

生活中有些數據是沒有負數的，比如身高，體重，長度等。 ——> unsigned

但有些數據是有負數的，比如溫度。——> signed

浮點型家族

float
double

只要是表示小數就可以使用浮點型。

float的精度低，存儲的數值范圍較小；double的精度高，存儲的數值范圍更大。

構造類型（自定義類型:我們可以自己創建出新的類型）

數組類型
結構體類型 struct
枚舉類型 enum
聯合類型 union

//數組類型
int arr1[5]; //數組類型：int [5]
int arr2[8]; //數組類型：int [8]
char arr3[5]; //數組類型：char [5]

指針類型

int* pi;
char* pc;
float* pf;
void* pv;

空類型

void 表示空類型（無類型）
通常應用于函數的返回類型、函數的參數、指針類型

void test(void) //第一個void 表示函數沒有返回值；第二個void 表示函數不需要傳任何參數
{}

2.整型在內存中的存儲

一個變量的創建是要在內存中開辟空間的。空間的大小是根據不同的類型而決定的。

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

2.1原碼、反碼、補碼

整數的2進制表示也有3種表示形式：原碼、反碼、補碼。

1.正的整數，原碼、反碼、補碼相同。

2.負的整數，原碼、反碼、補碼是需要計算的。

原碼（直接通過正負的形式寫出的二進制序列）

反碼（原碼的符號位不變，其它位按位取反）

補碼（反碼+1）

int main()
{int a = 20;//00000000 00000000 00000000 00010100 - 原碼（二進制）//0x00 00 00 14 - 原碼、反碼、補碼（十六進制）//00000000 00000000 00000000 00010100 - 反碼（二進制）//00000000 00000000 00000000 00010100 - 補碼（二進制）int b = -10;//10000000 00000000 00000000 00001010 - 原碼（二進制）//0x80 00 00 0a - 原碼（十六進制）//11111111 11111111 11111111 11110101 - 反碼（二進制）//0xff ff ff f5 - 反碼（十六進制）//11111111 11111111 11111111 11110110 - 補碼（二進制）   //0xff ff ff f6 - 補碼（十六進制）return 0;
}

在這里插入圖片描述
整數在內存中存放的是補碼的二進制序列。

為什么呢？

在計算機系統中，數值一律用補碼來表示和存儲。原因在于，使用補碼，可以將符號位和數值域統一處理；同時，加法和減法也可以統一處理（CPU只有加法器）。此外，補碼與原碼相互轉換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬件電路。

2.2大小端介紹

在這里插入圖片描述
大端【字節序】存儲：把一個數據的高位字節序的內容放在低地址處，把低位字節序的內容放在高地址處。

小端【字節序】存儲：把一個數據的高位字節序的內容放在高地址處，把低位字節序的內容放在低地址處。

我們常用的X86結構是小端模式，而KEIL C51為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來選擇大端模式還是小端模式。

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

//判斷大小端(封裝成函數)
#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;
}

//判斷大小端(封裝成函數,簡潔版)
#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.浮點型在內存中的存儲

常見的浮點數：

3.14159

1E10（1.0*e的10次方，科學計數法）

浮點數家族：float、double、long double（C99中引入）類型。

浮點數表示的范圍：float.h中定義。

整數表示的范圍：limits.h中定義。

在這里插入圖片描述

3.1浮點數存儲序列

根據國際標準IEEE（電氣和電子工程協會）754，任意一個二進制浮點數V可以表示成下面的形式：

(-1)^S * M * 2^E

(-1)^S【-1的S次方】表示符號位。當S=0，V為正數；當S=1，V為負數。
M表示有效數字。大于等于1，小于2.
2^E【2的E次方】表示指數位。

IEEE 754規定：

對于32位的浮點數，最高的1位是符號位S，接著的8位是指數E，剩下的32位是有效數字M。

在這里插入圖片描述
對于64位的浮點數，最高的1位是符號位S，接著的11位是指數E，剩下的52位是有效數字M。

在這里插入圖片描述
IEEE 754對有效數字M和指數E，還有一些特別的規定：

前面說過，1<=M<2，也就是說，M可以寫成1.xxxx的形式，其中xxxx表示小數部分。

IEEE 754規定，在計算機內部保存M時，默認這個數的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxx部分。比如保存1.01時，只保存01，等到讀取的時候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的：節省1位有效數字。

至于指數E，情況比較復雜。

首先，E為一個無符號整數（unsigned int），這意味著，如果E為8位，它的取值范圍是0-255；如果E為11位，它的取值范圍是0-2047。但是，我們知道，科學計數法中的E是可以出現負數的。所以IEEE 754規定，存入內存時E的真實值必須再加上一個中間數。對于8位的E，這個中間數是127；對于11位的E，這個中間數是1023。

int main()
{float f = 5.5f;//101.1 - 二進制//1.011*2^2 - 科學計數法//S=0，M=1.011,E=2（存儲時+中間值127=129）//0 10000001 011(后面不足23bit直接補0)00000000000000000000//01000000101100000000000000000000//0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000（寫出16進制）//0x40 b0 00 00return 0;
}

在這里插入圖片描述
然后，指數E從內存這種取出還可以分成三種情況：

E不全為0或不全為1

這時，浮點數就采用下面的規則表示：即指數E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再將有效數字M前加上第一位的1。

比如：

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

E全為0

這時，浮點數的指數E等于1-127（或者1-1023），即位真實值。有效數字M也不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxx的小數。這樣做是為了表示正負0，以及接近于0的很小的數字。

E全為1

這時，如果有效數字M全為0，表示正負無窮大（正負取決于符號位S）。

作業1：輸入一個整數數組，實現一個函數來調整該數組中數字的順序，使得數組中所有的奇數位于數組的前半部分，所有偶數位于數組的后半部分。

//輸入一個整數數組，實現一個函數來調整該數組中數字的順序，使得數組中所有的奇數位于數組的前半部分，所有偶數位于數組的后半部分。#include <stdio.h>void move_odd_even(int arr[], int sz)
{int left = 0;int right = sz - 1;while (left < right){//從左向右找一個偶數，遇到奇數停下來while ((left < right)&& (arr[left] % 2 == 1)) //可能存在越界，加上條件(left < right){left++;}//從右向左找一個奇數，遇到偶數停下來while ((left < right)&& (arr[right] % 2 == 0)){right--;}//交換奇數和偶數if (left < right){int tmp = arr[left];arr[left] = arr[right];arr[right] = tmp;left++;right--;}}
}
int main()
{int arr[10] = {0};//輸入int i = 0;int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);for (i = 0; i < sz; i++){//scanf("%d", &arr[i]); //等價于下面代碼scanf("%d", arr+i);}//調整move_odd_even(arr, sz);//輸出for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]); }return 0;
}

作業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支持的變長數組int arr2[m];//輸入n個整數int i = 0;for (i = 0; i < n; i++){scanf("%d", &arr1[i]);}//輸入m個整數for (i = 0; i < m; i++){scanf("%d", &arr2[i]);}//合并打印int j = 0; //n數組下標int k = 0; //m數組下標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;
}

//如果要存儲在一個新數組里面
#include <stdio.h>
int main()
{int n = 0;int m = 0;scanf("%d %d", &n, &m);int arr1[n]; //C99支持的變長數組int arr2[m];int arr3[m+n];//輸入n個整數int i = 0;for (i = 0; i < n; i++){scanf("%d", &arr1[i]);}//輸入m個整數for (i = 0; i < m; i++){scanf("%d", &arr2[i]);}//合并打印int j = 0; //arr1數組下標int k = 0; //arr2數組下標int r = 0; //arr3數組下標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;
}