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資料型別的存盤

2021-08-17 08:16:49 軟體設計

文章目錄

    • 什么是位元組序
    • 什么是大端和小端
      • 大端
      • 小端
    • 為什么要有大端和小端之分呢?
    • 如何通過代碼判斷當前編譯器是大端還是小端?
  • 整形家族
    • 整形家族都有什么?
    • 原碼,反碼和補碼
  • 浮點型家族
    • 浮點型都有哪些?
    • 浮點型在記憶體中的存盤方式
      • 特殊情況

什么是位元組序

位元組序,在計算機領域中,指電腦記憶體中或在數字通信鏈路中,占用多個位元組的資料的位元組排列順序,

什么是大端和小端

舉一個例子,比如數字0x11 22 33 44在記憶體中的表示形式,

大端

高位位元組排放在記憶體低地址端低位位元組排放在記憶體高地址端
低地址 --------------------> 高地址
0x11 | 0x22 | 0x33 | 0x44

小端

低位位元組排放在記憶體低地址端高位位元組排放在記憶體高地址端
低地址 --------------------> 高地址
0x44 | 0x33 | 0x22 | 0x11

為什么要有大端和小端之分呢?

這是因為在計算機系統中,我們是以位元組為單位的,每個地址單元都對應著一個位元組,一個位元組為8bit,但是在C語言中除了8bit的char之外,還有16bit的short型,32bit的long型,另外,對于位數大于8位的處理器,例如16位或者32位的處理器,由于暫存器寬度大于一個位元組,那么必然存在著一個如果將多個位元組安排的問題,因此就導致了大端存盤模式和小端存盤模式,例如一個16bit的short型x,在記憶體中的地址為0x0010,x的值為0x1122,那么0x11為高位元組,0x22為低位元組,對于大端模式,就將0x11放在低地址中,即0x0010中,0x22放在高地址中,即0x0011中,小端模式,剛好相反,我們常用的vs編譯器是小端模式,

如何通過代碼判斷當前編譯器是大端還是小端?

int main()
{
 	int a = 0x11; 
    char b =  *(char *)&a;   
    if(b)  
    {  
        printf("這是大端\n");
        //大端中a在記憶體中存盤為11 00 00 00,經過char*的型別轉換
        //大端序會讓b賦值為“11”,且非0為真
    }  
    else
    {
   		printf("這是大端\n");
   		 //小端中a在記憶體中存盤為00 00 00 11,經過char*的型別轉換
        //大端序會讓b賦值為“00”
    }
    return 0;  
}

整形家族

整形家族都有什么?

char,int,long等等都屬于整形型別,char雖然我們叫字符型別,但實際上char型別存盤方式是通過ASCII值存盤的,所以是整形,因為數字除了整形便是浮點型嘛

原碼,反碼和補碼

整形資料在記憶體中是通過“原反補”來存盤的
正數的原反補相同,也就是說

int a = 1;
//a的原碼:00000000000000000000000000000001
//a的反碼:00000000000000000000000000000001
//a的補碼:00000000000000000000000000000001

而負數的原反補是這樣的

int a = -1;
//a的原碼:10000000000000000000000000000001
//原碼除了符號位,其他位按位取反,得到反碼
//a的反碼:1111111111111111111111111111111111110
//反碼+1,得到補碼
//a的補碼:1111111111111111111111111111111111111

為什么在記憶體中要通過原反補碼來存盤整型資料呢?
因為電腦只會加法運算,為了同時能滿足減法,便設計了原反補
舉一個例子

int a = 1,b= -1;
int c = a+b;
//如果沒有原反補,那么他們相加的結果是錯誤的
//會得到10000000000000000000000000000010
而通過原反補,便可以算出正確的結果
//a的原碼:00000000000000000000000000000001
//a的補碼:00000000000000000000000000000001

//b的原碼:10000000000000000000000000000001
//b的反碼:11111111111111111111111111111110
//b的補碼:11111111111111111111111111111111

//a的補碼+b的補碼
//111111111111111111111111111111110
//33位,因為a和b是int型別,所以發生截斷
//變成11111111111111111111111111111110
//再變成原碼,得到00000000000000000000000000000000

浮點型家族

浮點型都有哪些?

float和double型別
如果不做特殊宣告,會默認成double
特殊宣告:float a = 1.0f;

浮點型在記憶體中的存盤方式

由IEEE電氣電子工程師學會規定的浮點型存盤方式
將浮點型分為三部分:符號位,指數位,有效數字位
在這里插入圖片描述

以-5.5這個數為例
在這里插入圖片描述
并且,因為有效數字位因為科學計數法,一直在大于1小于2的范圍里,所以可以默認將有效數字位的整數位放成0,用的時候再加上1.

為什么要使用這樣的存盤方式?
因為浮點型小數點表示很麻煩
以3.14為例,十進制的小數位直接表示為0.14
而二進制卻很麻煩,因為二進制只有1和0,小數位每個位只能代表2^(-X)(X是小數點后X位)
所以哪怕計算機想要表示我們看起來一個很簡單的浮點數,都要存盤很多個位元位
即使這樣,還是會經常發生精度丟失
關于精度丟失可以參考:這個博客
另外,由于有時我們可能存盤一個整數位是0的數,例如0.5
那么他的表示形式是:(-1)0 * 1.01* 2^(-1)
但是這里用到的-1次冪
但實際上,因為這里為了存盤更加精細,表示更大的位數,所用的都是無符號型別
那么-1次冪怎么存盤呢?
這樣,我們將M加上一個數,如果E是8bit位的,我們加上127,如果E是11個位元位,我們加上1023,這樣就能讓其一直是正數
以上面的0.5為例,實際上E的存盤時-1+126 = 126.
如果是11位的E,就是-1+1023=1022.

特殊情況

并且還有2個特殊情況
1.E全為0
當E為0時,我們要知道E通常是+127或者+1023的,如果加了這127或者1023仍然是0,那么這是個非常小的數字,2^(-127)是非常小的
此時,將E直接認為是1-127或者1-1023,并且在上文中提到的,將有效數字位變成0,如果E為全0,此時M不會再+1.這樣做是為了表示+0和-0,以及極其接近0的很小的數字,

2.E全為1
此時E非常大,可以將其認為正負無窮大,

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