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2.3 练习题
1. 数据类型介绍
我们已经学习了基本的内置类型，以及他们所占存储空间的大小
char //字符数据类型，占1个字节
short //短整型，占2个字节
int //整形，占4个字节
long //长整型，占4个字节
long long //更长的整形，占8个字节
float //单精度浮点数，占4个字节
double //双精度浮点数，占8个字节
类型的意义：
1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
2. 如何看待内存空间的视角。(如int与float同样都是4个字节，看待的时候一个是整数一个是小数)
1.1 类型的基本归类
整型家族：
char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]， [int]可省略
signed short [int]， [int]可省略
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]， [int]可省略
signed long [int]， [int]可省略
int mian()
{
char c = 'w'; //char到底是signed char 还是unsigned char是不确定的，取决于编译器的实现
signed char c2 = 't';
short int a = 10; //short短整型，int可以省略
short b = 20; //short是signed short
signed short c = 30;
unsigned short d = 40;
return 0;
}浮点数家族：
float
double
构造类型（自定类型）：
> 数组类型
> 结构体类型 struct
> 枚举类型 enum
> 联合类型 union
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(无返回类型)、函数的参数(无参数)、指针类型(空类型指针)
2. 整形在内存中的存储
一个变量的创建是要在内存中开辟空间的，该空间的大小是根据不同的类型而决定的。
例如：
int a = 3;
int b = -1;
int c = 0x11223344;a，b，c在内存中：
数据在内存中存储是二进制
VS在展示内存的时候，为了方便展示显示的是16进制数据，一个16进制位表示4个二进制位，两个16进制位就是8个二进制位，即一个字节（对于a，03 00 00 00表示四个字节）
2.1 原码、反码、补码
计算机中的整数有三种表示方法，即原码、反码和补码。
三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”，而数值位负整数的三种表示方法各不相同。
原码
直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制即可得到。
反码
将原码的符号位不变，其他位依次按位取反即可得到。
补码
反码+1得到补码。 (原码也可通过：补码符号位不变，数值位按位取反，再+1得到)
对于整数，可分为有符号数与无符号数
有符号数 : 符号位 + 数值位
正数 ： 0 + 数值位
负数 ： 1 + 数值位
//原码 - 有符号数，直接根据正负数值给出的二进制序列就是原码
//反码 - 原码的符号位不变,其他位按位取反
//补码 - 反码二进制的最低位+1得到
//正数的原码、反码、补码相同
int main()
{
int a = 3; //signed int a = 3;
//00000000000000000000000000000011 - 原码
//00000000000000000000000000000011 - 反码
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011 - 补码
//0 0 0 0 0 0 0 3 - 16进制(内存中)
int b = -1; //signed int b = -1;
//10000000000000000000000000000001 - 原码
//11111111111111111111111111111110 - 反码
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 - 补码
//f f f f f f f f - 16进制(内存中)
return 0;
}对于16进制位0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f，f 可由二进制 1111得到，而-1在内存中是 ff ff ff ff
结论：
1.正数的原、反、补码都相同。
2.对于整型来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
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。
例如：
int c = 1 - 1;
//CPU只有加法器
//1 - 1 => 1 + (-1),此时用原码来进行计算，结果是错误的(-2)
//用补码来计算则可获得正确结果(符号位也参与计算,进位后丢掉即可)对于无符号数：和正整数是一样的。
对char(8bit)而言：
对于int c = 0x11223344;
在内存中出现了“倒着存”的现象，为什么呢？
2.2 大小端介绍
什么是大端小端：
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。
对于 int c = 0x11223344;在内存中：
可见：当前的编译器采用的是小端字节序存储方式
经典面试题：
请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。（10分）
//写一个代码，判断当前机器使用的大端还是小端
//方法1
int check_sys()
{
int a = 1;
return (*(char*)&a);
}
int main()
{
int a = 1;
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
return 0;
}
//方法2
int main()
{
int a = 1;
char* p = (char*)&a;//对p解引用则访问一个字节
if (*p == 1)
{
printf("小端");
}
else
{
printf("大端");
}
//
//0x 00 00 00 01
//
//低 高
//小端
//01 00 00 00
//大端
//00 00 00 01
//只需要看第一个字节是00还是01即可判断
return 0;
}2.3 练习题
下面代码输出结果是什么?
//1.
//输出什么？
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -1;
//大部分编译器基本上都是signed char
//11111111 - a
//11111111111111111111111111111111 - 整形提升后(此时是补码)
//10000000000000000000000000000001 - 原码 -1
signed char b = -1;
//11111111 - b
//计算过程和a一样 -1
unsigned char c = -1;
//11111111 - c
//00000000000000000000000011111111 - 正数的原反补码都相同
//十进制 : 255
printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//a = -1, b = -1, c = 255
//打印%d时会发生整形提升(按照符号位提升)
return 0;
}
//2.
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -128;
//10000000000000000000000010000000 - -128原码
//11111111111111111111111110000000 - -128补码
//1000000 - 存到a中
//整形提升后:
//11111111111111111111111110000000 - 4294967168 (2^32 - 127 - 1)
//%u : 打印无符号整形
printf("a = %u\n", a); //a = 4294967168
return 0;
}//3.
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = 128;
//00000000000000000000000010000000 - 128原码
//10000000 - 存到a中
//整形提升后
//11111111111111111111111110000000 - 4294967168
printf("a = %u\n", a); // a = 4294967168
return 0;
}
//4.
int main()
{
int i = -20;
//10000000000000000000000000010100 - -20原码
//11111111111111111111111111101100 - -20补码
unsigned int j = 10;
//00000000000000000000000000001010 - 10原(补)码
//11111111111111111111111111110110 - i + j 补码
//10000000000000000000000000001010 - i + j 原码: -10
printf("i+j = %d\n", i + j); // i+j = -10
//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
return 0;
}//5.
int main()
{
unsigned int i;//因为i定义的是无符号类型 则始终有:i >= 0;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n", i); //死循环
//当i = -1存入内存中(之后以此类推):
//11111111111111111111111111111111 - 当做无符号数处理 - 一个巨大的正数
}
return 0;
}//6.
int main()
{
char a[1000];
int i;
for (i = 0; i < 1000; i++)
{
a[i] = -1 - i;
}
//a[i]从-1 -2 ... -128 共有128个数字
//对于char来说 负数最多到 : -128
//当存入-129时，对于char而言是放不下的
//10000000000000000000000010000001 - -129原码
//11111111111111111111111101111111 - -129补码
//01111111 - -129存入char中 - 127
//以此类推,存入-130时,内存中实际存储的是126
//127 126 ... 3 2 1 0,0之前共有127个数字(因为strlen遇到0就终止了)
//127 + 128 = 255
printf("%d", strlen(a));//255
return 0;
}//7.
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
//对于无符号的char 取值范围是[0 , 255]
//对于下面代码，i <= 255恒成立，故死循环了
int main()
{
for (i = 0; i <= 255; i++)
{
printf("hello world\n");//死循环
}
return 0;
}注：对于有符号的char，记住下图，(无符号的char范围 : [ 0 , 255] )：
3. 浮点型在内存中的存储
常见的浮点数：
3.14159
1E10 (科学计数法，1.0 * 10^10)
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（整型家族 : 取值范围的定义 -> limits.h）
3.1 浮点数存储的一个例子：
int main()
{
int n = 9;
float* pFloat = (float*)&n; //把int*类型指针强制转换成float*类型
printf("n的值为：%d\n", n); //9
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//0.000000
*pFloat = 9.0;
printf("n的值为：%d\n", n); //1091567616
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat); //9.000000
return 0;
}说明：浮点型数的存储和整形不一样。那么浮点数是如何存储的呢？
3.2 浮点数存储规则
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。
对于5.5：
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23位为有效数字M：
例如：
int main()
{
float f = 5.5f;//如果不写f,则默认是double类型
//101.1
//1.011 * 2^2
//(-1)^0 * 1.011 * 2^2
//S = 0,E =10000001 (2 + 127),M = 011(后面再补20个0)
//0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000 - 内存中存储的二进制
//4 0 11 0 0 0 0 0
//40 B0 00 00 - 十六进制
return 0;
}f = 5.5f在内存中：
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位为有效数字M
IEEE 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。
至于指数E，情况就比较复杂：
首先，E为一个无符号整数（unsigned int），
这意味着，如果E为8位，它的取值范围为0~255；如果E为11位，它的取值范围为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。
其次，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
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
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。
例如：
//0 00000000 01000100101000000000000
//E+127存入数据后是00000000
//真实的E = -127
//(-1)^0 * 1.01000100101 * 2^(-127) - 无限接近于0的数字
//所以对于接近0的数字:
//M拿出来不+1,E = -126(32位)
//(-1)^0 * 0.01000100101 * 2^(-126) - 真实取出时的数字，也无限接近于0E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）
//E为全1
//E + 128 = 255
//E = 127
//(+ -) * 1.xxxxxx * 2 ^ 128 - 趋近于正负无限大关于浮点数的表示规则，就聊到这里。
有了上面的基础：让我们回到一开始的问题：为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 ？
int main()
{
int n = 9;
//00000000000000000000000000001001 - 二进制
float* pFloat = (float*)&n; //把int*类型指针强制转换成float*类型
printf("n的值为：%d\n", n); //9
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//0.000000
//*pFloat - 以浮点数的视角去访问n的四个字节，就会认为n的4个字节中放的是浮点数
//0 00000000 00000000000000000001001 (E全0的情况)
//(-1)^0 * 2 ^ (-126) * 0.00000000000000000001001
//0.000000
*pFloat = 9.0;
//*pFloat - 以浮点数的视角观察n的4个字节
//以浮点数的形式存储9.0
//1001.0 - 二进制
//1.001 * 2^3 - 科学计数法
//(-1)^0 * 1.001 * 2^3
//S = 0,E = 130(3 + 127). M = 00100000000000000000000
//0 10000010 00100000000000000000000 - 内存中存储形式
//1091567616 - 二进制
printf("n的值为：%d\n", n); //1091567616
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat); //9.000000
return 0;
}