整型資料的儲存與讀取

2021-08-18 09:09:06 字數 4429 閱讀 3052

資料在計算機中是以二進位制補碼的形式儲存的。不同的資料型別有不同的補碼形式。下面分別就資料型別和資料的存放、讀取討論。

一.資料的型別

資料型別分為原生資料型別和自定義資料型別。

(1)原生資料型別(內建型別):包括我們常用的int、char、short、long、float、double.

說明:整型家族有char、int、long、short,它們又分為有符號型別(signed)和無符號型別(unsigned).其中,char型別

的資料佔1個位元組,int型別的資料佔4個位元組,short型別的資料佔2個位元組,long型別的資料佔8個位元組。

(2)自定義資料型別:包括結構體型別(struct)、聯合體型別(union)、列舉型別(enum)等。

資料型別的意義:定義乙個變數,我們通常要說明它的型別。而在定義乙個變數時,記憶體就為它開闢乙個空間。那麼,記憶體是怎麼開闢空間的呢?沒錯,這就要發揮型別的作用了。所以,型別決定了記憶體開闢空間的大小,還決定了使用的空間。此外,在之後對資料的操作中,我們總要結合資料的型別而參考對資料的操作,所以,型別還決定了我們如何看待所開闢空間的視角。

注意:void(空)型別不能定義變數,因為記憶體為空型別所開闢的空間不確定。但是,void *可以用來定義乙個指向空型別的指標。因為,所定義的是指標型別,在32位處理器上,記憶體為指標變數開闢4個位元組大小。(即所開闢記憶體空間大小所確定)

二.資料的存放和讀取

存放:不論是有符號數還是無符號數,它們都是以二進位制補碼的形式存放的。只不過它們的補碼形式求法不同。對於無符號數和有符號整數來說,它們的補碼就是它們的二進位制序列。有符號數有符號位,符號位就是最高位。正數的符號位是0,負數是1.對於有符號負數來說,我們通常先寫出它的原碼(符號位是1,其它位按照它的絕對值二進位制序列來寫。),然後通過原碼寫出補碼(符號位不變,其餘位按位取反),最後再在末位+1得到補碼。

讀取:在讀取資料時,我們要先看它是什麼型別,然後判斷型別是有符號數還是無符號數。如果是無符號數,直接讀取,把二進位制數轉化為十進位制、八進位制、十六進製制等。如果是有符號數,先看最高位是1還是0(是負數還是整數),如果是0,則讀法與無符號數相同;如果是1,則與有符號負數儲存相反,先在末位上減1,然後除符號位外,其它位按位取反。

下面請看幾個例題:

分析:在這裡定義了三個變數a,b,c,其中a和b都是有符號char型,c是無符號char型。在這裡要以十進位制有符號整型輸出a,以無符號整型輸出b,以有符號整型輸出c.其中,a,b,c都佔1個位元組,但輸出時的整型都佔4個位元組,所以要進行型別提公升。即新增符號位。根據上面的資料存放,我們很容易知道a,b,c在記憶體中的儲存都是11111111.新增符號位根據資料原有的型別,無符號數新增0,有符號數新增符號位。所以在a前面要新增24個1,b前新增24個1,c前新增24個0.所以它們變為:

a:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

b:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

c:0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

下面進行讀取:

a以有符號輸出,那麼先看符號位,最高位是1,所以a是負數,然後以負數來讀取

a:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

-1:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110

取反:1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001   -->-1

b以無符號整型輸出,所以不用看符號位,直接進行讀取。

c以有符號十進位制輸出,也要看其符號位。最高位是0,所以是正數,讀取時直接根據二進位制序列讀。

例2:

分析:有符號char型的數值取值範圍是:-128~127。128表示為二進位制序列是1000 0000.而在有符號char型中,-128也是這樣表示的,所以在記憶體中,a認為這裡的128就是-128,符號位是1.然後要以無符號整型輸出。同樣進行型別提公升,a前面加24個1,變為:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000

例3:

分析:首先定義了乙個有符號字元陣列a,有符號char型的取值範圍是:-128~127.然後對a[i]用迴圈賦值。最後輸出a的長度。在這裡,要注意字元陣列長度以'\0'為標誌,其實這裡的0就等價於'\0'。所以我們只要計算出當i等於何值時,a[i]=0,就可以知道陣列a的長度。下面先一次計算:

i=0時,a[0]=-1;i=1時,a[1]=-2;............i=127時,a[127]=-128;

i=128時,a[i]=-1-128=-1+(-128)

-1:1111 1111

-128:1000 0000

和 : 10111 1111

但是只能取後8位,即0111 1111=127,所以a[128]=127;

i=129時,a[129]=-1+(-129)

-1:1111 1111

-129:1 0111 1111

和:  1 0111 1110   同理,只取後8位,即為0111 1110,所以a[129]=126.

同理:a[130]=125,a[131]=124,.........a[255]=0,所以a共有256個元素,且最後乙個元素是0,所以a的長度是256-1=255.

三.浮點數的訪問

浮點數分為單精度float型和雙精度double型,分別佔4個位元組和8個位元組。在這裡,我們先討論單精度float型,double型類似。

1.float型:

存:我們知道,十進位制小數可以化為科學計數法,同樣,二進位制也可以化為科學計數法:(-1)^s*m*2^e。其中s是符號位,取值是0和1;m是有效數字,取值範圍在大於等於1和小於2之間;e是指數字。所以,我們儲存float型的資料,實際上就是對e、s、m的儲存。對於float型,共佔4個位元組,有32個位元位。其中,最高位存放符號位即s,接下來的8個位元位存放指數字e,剩下的23個位元位用來儲存有效數字m.由於e是無符號整型,取值在0~255之間,但其實科學計數法中的e可以是負數,所以我們在存放的時候通常要給原來資料的指數字加上127。規定:計算機內部儲存m時,預設這個數字的第一位總是1,因此可以被捨去,只儲存後面的小數部分。等到讀取的時候再自動加上1.這樣就可以節省1位有效數字,對float型來說,留給m只有23位,將第一位的1捨去後,等於可以儲存24位有效數字。

取:根據存放的二進位制序列,我們可以把資料表示為科學計數法的形式,然後自覺給指數字減去127,有效數字部分加上1,就能夠得到原有資料的二進位制序列。

2.double型: 

存:先將原有資料化為科學計數法。由於double型資料共佔8個位元組,64個位元位。所以,它在儲存時的精度就叫float型高。其中,最高位s是符號位,值為0或1;接下來是指數字e,占有11個位元位,最後是有效數字部分,佔52個位元位。e的取值範圍是0~2^11-1(2047)。在存時,也要給資料原有的指數字加上中間數1023。

取:同float資料一樣,在把二進位制數寫成科學計數形式後,自動給指數部分減去1023,有效數字部分加上1.再轉化為相應的進製數。 例:

分析:pfloat指標是乙個指向float型的指標變數,那麼*pfloat的值理論上應該是9.000000,怎麼會輸出0.000000?

9在記憶體中的儲存為:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001,在讀取時看作浮點數儲存。根據上面的取法,這個float型的資料符號位是0,緊接著的8位0000 0000是加過中間數127之後的指數部分,後面的0000 0000 0000 0000 0001 001是除去1後的有效數字部分,所以原有資料的科學計數表示為:

(-1)^0*1.00000000000000000001001*2^(-127),約等於0,所以輸出為0.000000。

後來把*pfloat的內容賦值為9.0,因為9.0=(-1)^0*1.00100000000000000000000*2^3,符號位是0,指數字是3+127=130,二進位制為:1000 0010,有效數字部分表示為:0010000 0000 0000 0000 0000,所以9.0在記憶體中的二進位制序列是0 1000 0010 0010000 0000 0000 0000 0000,然後以十進位制輸出即為1091567616.

整型資料儲存

1 include int main 1000 0000 0000 0001 1原始碼 1111 1111 1111 1110 1反碼 1111 1111 1111 1111 1補碼 對於a,按位提公升,看的是當前位元位的型別,所以按位提公升將變為1111 1111 1111 1111 1111 1...

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