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C语言中整型浮点型在计算机中的存储

第一次写博客,遣词造句有点菜,算是一次简单梳理,慢慢学习人家的博客风格,随着学习的深入再做修改。

本次学习的是C语言在VS下的编译调试,对于初学者两说,首先说一下如何监控变量,以及监控变量在内存中的存储与表示。

1. 如何监控变量

首先从最基本的程序说起,先看一段代码,

#include<stdio.h>int main()
{int i;for (i = 0; i <= 5; i++)printf("%d\n",i);return 0;
}

这样很简单的一段代码,我们想随时监控变量i的值的变换以及在内存的变化,应该如何去做的,首先VS中按F10进入调试状态,依次打开调试->窗口->监视->监视1,如下图所示



在编辑窗口的下方会出现如下的对话框,在名称下面输入i,依次按F10就可以监控变量,这种方式在我们以后的编程查错时会很方便。


2.如何查看变量在内存中的变化

还是上面的简单程序,按F10进入调试状态,和上述步骤相似,依次打 调试->窗口->内存->内存1,然后出现如下窗口,窗口大小位置都可以进行修改,自己尝试。

此时我们只需要点击窗口中最下面的内存1和监视1,就可以对变量i的值和内存的监控的随意切换。但是我们还需要在上面的窗口的地址栏输入i的地址才可以进行监控,输入&i

,然后回车。此时地址栏显示的地址即为i在计算机的存储地址,然后依次按F10即可监控i对应的地址中值的变化


按几次F10之后,我们会看到i此时的值为1,下面是此时i的值的监视,和i在内存地址中的值

我们发现i此时值为1,那i在内存中的值是什么呢,看上面内存监视,第一行0x004FFEDC后面对应的八个数字,01 00 00 00 ,我们知道计算机的存储是二进制存储,但是二进制表示的话会很长,不利于观察和计算,于是编译器就把二进制数转化成十六进制表示出来,又计算机是小端模式(读者自行了解),所以将01 00 00 00的十六进制转化成十进制就是1.我们同样的方式再来看一下其他数值是否符合这个规则。稍改一下程序,让i的循环终止时候的值是20,如下图


需要解释的一点是,我刚刚把for循环括号里面i<=5,改成了i<=20,此时重新编译,所以地址改变,但是不影响对内存中值的监视,此时我们看到,当i的值为20时,对应地址中的值是14 00 00 00化成十进制就是20.大家可以按照这个方式,设计一些程序去检测一下。

3.浮点型在计算机中的存储

在探讨float的存储呢之前可以先说一下整型在计算机内存中的存储是补码形式,大家可以自行试验一下,包括负数的存储呢形式,这里不再熬述。

有了上述的基础之后,我们在讨论浮点型在计算机中是如何存储的。

首先明白两个前提条件 (1)实型数据在计算机中以指数的形式保存

(2)float在计算机中占四个字节,符号位1位,指数位8位,尾数位23位

我们还是通过简单的例子看看计算机是如何存储的

#include<stdio.h>int main()
{float i;i = 0.5;return 0;
}


我们看到当i的值为0.5时,其对应的二进制数是0.1,指数表示应该是1.0*2^-1内存中的值是00 00 00 3f,将它转换成大端存储为3f 00 00 00,再转化成二进制数为0011 1111 0000 0000 0000 0000 0000  0000,按照float数据的存储方式可以将其划分为1个符号位,8个指数位,和23个尾数位的形式,则其为0      01111110       00000000000000000000000
我们知道符号位没错是0,但是尾数为啥全部为零呢,这是因为,float存储时,不论怎么做,小数点后面总会出现一个1,这样计算机就默认一个1.这样就可以提高一个位的精度。在解决了这个问题以后,我们又要问了,那指数位也不符合我们的要求啊。我们把指数位的数转化成十进制数为01111110(二进制)->126(十进制)

这是怎么回事呢,指数不是应该是-1吗,这和我们的126有什么关系吗,不难发现126=127+(-1)

根据以上分析我们得到计算机存储float的两个推断(1)尾数部分处理成了1.xxx * 2^n的形式

(2)指数部分在原有的基础之上加127

下面来举例验证一下我们的推论是否正确比如0.25,转化成二进制就是0.01,根据我们的推论,将其转换成指数形式就是1.0 * 2^(-2),那么尾数位还全部是0,则指数位应该是-2+127=125,125的二进制表示应该是0111 1101,那么0.25(十进制)在内存中的表示应该是0   01111101   00000000000000000000000  我们来通过程序验证一下,

0.25在内存中的表示为00 00 80 3e,将其装换成小端模式为3e 80 00 00,再将其转化成二进制为  0        01111101     00000000000000000000000,和上述我们的推断一致,证明推断正确。此时又会问了为什么会采用这种方式进行存储呢?如果直接按照指数的存储形式,采用补码的话,我们必须要思考两个数字0.0和1.0如何存储,0.0毋庸置疑是全0,可是1.0按普通补码的形式,应该是1.0*2^0指数部分也应该是全0,但是这样不就和0.0矛盾了吗,所以需要才要指数加127的操作。接下来我们验证一下0.0和1.0在计算机内存中是如何存储的。

0.0


0.0是全0


1.0


1.0是00 00 80 3f转化成小端是3f 80 00 00再转化成二进制是0     01111111      00000000000000000000000再将指数位转化成十进制是127.此时可以说我们的结论正确了。

综上,float在计算机内存中采取以下方式进行存储

1. 尾数部分处理成了 1.xxxx * 2^n的格式
             2. 指数部分在原有指数的基础上加了 127



以上文字仅是个人拙见,错误之处,还望大家指正,本人也会深入学习,争取在文字表达还有正确性上面更精准一些。

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