C語言修煉之路資料型別悟正法解析儲存定風魔下篇

2022-02-26 19:01:02

（壹）大端小端藏端倪

1.1 什麼是大端小端

大端（儲存）模式，是指資料的低位儲存在記憶體的高地址中，而資料的高位，儲存在記憶體的低地址中；

小端（儲存）模式，是指資料的低位儲存在記憶體的低地址中，而資料的高位,，儲存在記憶體的高地址中。

1.2 大端小端模式

1)大端模式：

低地址 -----------------> 高地址

0x0A | 0x0B | 0x0C | 0x0D

2)小端模式：

低地址 ------------------> 高地址

0x0D | 0x0C | 0x0B | 0x0A

1.3 為什麼有大端和小端

為什麼會有大小端模式之分呢？

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（要看具體的編譯器），另外，對於位數大於8位元的處理器，例如16位元或者32位元的處理器，由於暫存器寬度大於一個位元組，那麼必然存在著一個如果將多個位元組安排的問題。因此就導致了大端儲存模式和小端儲存模式。

例如：

一個 16bit 的 short 型 x ，在記憶體中的地址為 0x0010，x 的值為0x1122，那麼0x11為高位元組，0x22為低位元組。對於大端模式，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X86結構是小端模式，而KEIL C51則為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬體來選擇是大端模式還是小端模式。

1.4 如何判斷機器的位元組序

一般都是通過 union 來測試的，下面這段程式碼可以用來測試一下你的編譯器是大端模式還是小端模式：

union 型資料所佔的空間等於其最大的成員所佔的空間。

對 union 型的成員的存取都是相對於該聯合體基地址的偏移量為 0 處開始，也就是聯合體的存取不論對哪個變數的存取都是從 union 的首地址位置開始。

聯合是一個在同一個儲存空間裡儲存不同型別資料的資料型別。這些儲存區的地址都是一樣的，聯合裡不同儲存區的記憶體是重疊的，修改了任何一個其他的會受影響。那麼通過強制型別轉換，判斷其實儲存位置，也可以測試大小端了：

（二）浮點型在記憶體中的儲存

常見的浮點數：

3.14159 1E10

浮點數家族包括：float、double、long double型別。

浮點數表示的範圍：float.h中定義

浮點數儲存的例子：

輸出的結果是什麼呢？

num和*pFloat在記憶體中明明是同一個數，為什麼浮點數和整數的解讀結果會差別這麼大？

要理解這個結果，一定要搞懂浮點數在計算機內部的表示方法。

2.1 浮點數在記憶體中的儲存

根據國際標準IEEE（電氣和電子工程協會） 754，任意一個二進位制浮點數V可以表示成下面的形式：

舉例來說：

十進位制的 5.0 ，寫成二進位制是101.0，相當於 1.01×2^2 。那麼，按照上面V的格式，可以得出 s=0，M=1.01，E=2。

十進位制的 - 5.0，寫成二進位制是 -101.0，相當於 -1.01×2^2。那麼，s=1，M=1.01，E=2。

IEEE 754規定：

對於32位元的浮點數，最高的1位是符號位s，接著的8位元是指數E，剩下的23位為有效數位M。

對於64位元的浮點數，最高的1位是符號位S，接著的11位是指數E，剩下的52位為有效數位M。

IEEE 754對有效數位M和指數E，還有一些特別規定。

前面說過，1≤M<2，也就是說，M可以寫成1.xxxxxx的形式，其中xxxxxx表示小數部分。

IEEE 754規定，在計算機內部儲存M時，預設這個數的第一位總是1，因此可以被捨去，只儲存後面的xxxxxx部分。

比如儲存1.01的時候，只儲存01，等到讀取的時候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節省1位有效數位。以32位元浮點數為例，留給M只有23位，將第一位的1捨去以後，等於可以儲存24位元有效數位。

至於指數E，情況就比較複雜。

首先，E 為一個無符號整數（unsigned int）這意味著，如果E為8位元，它的取值範圍為0~255；如果E為11位，它的取值範圍為0~2047。

但是，我們知道，科學計數法中的 E是可以出現負數的，所以IEEE 754規定，存入記憶體時E的真實值必須再加上一個中間數，對於8位元的E，這個中間數是127；對於11位的E，這個中間數是1023。比如，2^10的E是10，所以儲存成32位元浮點數時，必須儲存成10+127=137，即10001001。

然後，指數E從記憶體中取出還可以再分成三種情況：

①E不全為0或不全為1