深度剖析数据在内存中的储存

小鱼儿 2023-10-13 22:19 121阅读 0赞

### 深度剖析数据在内存中的储存 ###

*  整形在内存的储存
 *  大小端
 *  浮点型在内存中的存储
 *  浮点数在内存中存储规则

# 整形在内存的储存 #

#include <stdio.h>
    int main() {
        
    	int a = 0x11223344;
    }

![在这里插入图片描述][e58b806c787346e89c3842d0c10ca2f8.png]  
将整形a赋值为0x11223344  
然后监视内存的地址  
将地址在内存调试窗口中搜索，可以找到在内存中a的存储为号线画起来的样子  
这时就引发了一个问题为什么是倒着存储的？接下来就要讲解一下大小端了

# 大小端 #

定义：

> 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。

**注：大小端是针对非单字节的整形，因为大小端是按字节序**  
解释  
按照0x11223344，高位和低位从左到右如下图  
![在这里插入图片描述][22d32a2e7603481cb900e83a681cb85d.png]  
假设内存中低地址到高地址如下图  
![在这里插入图片描述][1ef774d0a4a64c9094046786ad50b257.png]  
大端为：  
![在这里插入图片描述][1c9beeeeda804768b5fd694eb2d41e42.png]  
小端为（就是vs的情况）：  
![在这里插入图片描述][daef63aa806d4a689d810fc76b7d7c4e.png]  
一道面试题，写一个程序如何判断是大端还是小端：

//代码1
    #include <stdio.h>
    int check_sys()
    {
        
    int i = 1;
    return (*(char *)&i);
    }
    int main()
    {
        
    int ret = check_sys();
    if(ret == 1)
    {
        
    printf("小端\n");
    }
    else
    {
        
    printf("大端\n");
    }
    return 0;
    }

> 代码解释初始化i=1用char\*指针变量强转i的地址，再解引用就能获取到i的第一个字节的数如果是1表示是小端，如果是0表示是大端，1在内存中小端的存储为0x01000000

# 浮点型在内存中的存储 #

先看一段代码，大家先思考一下输出的结果分别是几

int main()
    {
        
    int n = 9;
    float *pFloat = (float *)&n;
    printf("n的值为：%d\n",n);
    printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
    *pFloat = 9.0;
    printf("num的值为：%d\n",n);
    printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
    return 0;
    }

![在这里插入图片描述][62c1b177b44b44dabf32eda1e4d8d1e6.png]

> 代码解释：  
> 将n初始化，存9，将n的地址赋值给pFloat，  
> 第一次输出为9；  
> 第二次输出为\*pFloat，是将n在存储的二进制按浮点数规则拿出来  
> 然后将9.0按浮点数规则存储进n地址中  
> 第三次输出是将n地址中按整形存储规则拿出  
> 第四次输出是按浮点数规则拿出9.0

# 浮点数在内存中存储规则 #

num 和 \*pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？  
要理解这个结果，一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。  
详细解读：  
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。

例：  
二进制转化成10进制小数点后为2^（小数点后几位）×内位数

> 1.5  
> 二进制表示为1.1，科学计数为1.1×2^0  
> S=0；  
> M=1.1  
> E=0

> 9.5  
> 二进制表示为1001.1，科学计数为1.0011×2^3  
> S=0  
> M=1.0011  
> E=3

单精度存储：  
![在这里插入图片描述][f2c78ef2dadf432892f2954b48c5e68c.png]  
双精度存储：  
![在这里插入图片描述][5d8eeab57fbf47e2b347d5ffcb21fe17.png]

EEE 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。  
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0255；如果E为11位，它的取值范围为02047。但是，我们知道，科学计数法中的E是可以出现负数的，（比如这个数为0.5）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。  
E又分为三种情况  
第一种

> 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，则为  
> 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

第二种

> 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。

第三种

> 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）；

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0.000000?  
首先，将 0x00000009 拆分，二进制为00000000000000000000000000001001，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。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(-126)  
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。  
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 。  
本章完。  
9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001  
这个数按浮点数规则打印成10进制就是0.00000  
9.0 -> 1001.0 ->(-1)01.00123 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130  
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000  
这个数按整形规则打印成10进制就是1091567616  
大家有什么问题都可以在评论区提问，我看见就会回，希望大家留下宝贵的建议，别忘记一键三连！！！！也可以看看我的主页[ltzoro博主][ltzoro]  
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