【整型和浮点型在内存中的存储、大小端、指针传参、strlen和sizeof区别、结构体对齐】

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一、数据存储
在这里插入图片描述

  • 整型和浮点型在内存中是如何存储的?

(1)整形
整形在内存中是以补码的形式存储的,因为以补码形式存储保证了0的唯一性、使加减运算可以统一处理(因为cpu只有加法器,补码形式存储可以将减法用加法代替,提高运算效率)
(2)浮点型
浮点型在内存中的存储遵循IEEE-754格式标准,由符号位、指数和有效数字三个部分组成。
对于32位的浮点数最高位为符号位、接着8位指数位、剩下的是32位有效数字;
而对于64位的浮点数,同样最高位是符号位,接着是11位指数位,最后是52位有效数字位。
不过对于有效数字位,计算机保存时会默认这个数的整数位是1(因为小数点前必为1),只保存其小数位,等读取时在加上这一位。
对于指数的存储,分三种情况:(还原时-127或1023,表示时+127或1023)
一、指数位全0:此时指数等于1-127(或者1023),有效数字位不再还原第一位的1,而是将第一位变成0。
二、指数位全为1:若此时有效数字为0,则表示无穷大。
三、指数位有0也有1:用指数数值减去127(或者1023),得到真实值,再给有效数字位第一位填上1,组合三部分可以得到准确浮点数。
在这里插入图片描述

二、叙述大端小端的概念,并设计一种方法判断当前字节序位大端还是小端?

(因为大于8位的处理器,其寄存器宽度大于一个字节,那么会存在多个字节存储安排问题,所以催生了大小端)
大端:数据的低位保存在高地址,数据的高位保存在低地址
小端:数据低位存在低地址,数据高位存在高地址。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int check_sys()
{
	union 
	{
		int i;
		char c;  //联合体共用一段存储空间
	}t;
	t.i = 1;
	return t.c;
}

//int check_sys()
//{
//	int i = 1;
//	return (*(char*)&i);
//}
int main1()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	system("pause");
	return 0;
}

在这里插入图片描述三、指针的类型及一级指针应用和传参

(1)各种指针的类型
char* :字符指针 注意:当其指向一个字符串时,其存储的只是字符串首字母地址

int main2()
{
	char* pstr = "hello bit.";//这里是把一个字符串放到pstr指针变量里了吗?
	printf("%s\n", pstr);
	return 0;
}//只是将"hello bit"的首字符地址放进了*pstr里面

int* arr1[10]; 指针数组:一个存放指针的数组
int (*p)[10]; 数组指针:一个指向数组的指针
void (*pfun1)(); 函数指针 :一个指针存储函数的地址。
int (*parr1[10])(); 函数指针数组:用一个数组存放函数地址
(2)数组arr和&arr的区别
&arr表示数组arr的地址,&arr+1,会指向整个数组的下一个位置;而arr+1指向数组的第二个元素;
(3)一级指针传参
当一个函数的参数为一个一级指针的时候,不能指望用该指针去动态申请内存,因为申请空间的指针只是一个形参,原指针的指向并不会改变。

void  myMalloc(char  *s)  //指针在函数中动态申请空间
{  
     s=(char  *)  malloc(100);  
}  
 
void  main()  
{  
     char  *p=NULL;  
     myMalloc(p);    //这里的p实际还是NULL,p的值没有改变
     if(p) 
     {
       free(p);
     }   
}  

正确写法:

void  myMalloc(char  **s)  //二级指针
{  
     *s=(char  *)  malloc(100);  
}  
 
void  main()  
{  
     char  *p=NULL;  
     myMalloc(&p);    //这里的p可以得到正确的值了  
     if(p)  free(p);  
} 

为什么下面的写法可行呢?
答:在函数传递参数时,编译器总会为每个函数参数制作一个副本,即拷贝
(1)void fun(int *p),指针参数p的副本为_p,编译器使_p=p,_p和p指向相同的内存空间,如果在函数内修改了_p所指向的内容,就会导致p的内容也做相应的改变;
(2)如果在函数内_p申请了新的内存空间或者指向其他内存空间,则_p指向了新的内存空间,而p依旧指向原来的内存空间,因此函数返回后p还是原来的p。
这样的话,不但没有实现功能,反而每次都申请新的内存空间,而又得不到释放,因为没有将该内存空间的地址传递出来,容易造成内存泄露。
(3)void fun(int **p),如果函数参数是指针的地址(指针的地址是没有变的仍和原来指针的地址相同),则可以通过该参数p将新分配或新指向的内存地址传递出来,这样就实现了有效的指针操作。

也可通过返回值来传递动态内存

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
char* myMalloc(){
     char *s=(char*)malloc(100);
     return s;
}
int main()
{
     char  *p=NULL;
     p=myMalloc();
     if(p==NULL)
        printf("P is not changed!\n");
     else{
        printf("P has been changed\n");
        free(p);
     }
     return 0;
}

四、常用字符串函数、strlen和sizeof的区别
1、常用字符串函数

(1)strcpy
char* strcpy(char* des,char* sou);
注:源字符串要\0结尾;
会将源字符串的\0拷贝到目标空间,且要求目标空间可变,足够大。
(2)strcat
char* strcat(char* des,const char* sou);
在des后追加sou的内容
(3)strcmp
int strcmp(const char* str1,const char* str2);
比较字符串str1和str2的大小.
str1大于str2返回值>0;
str1等于str2返回值=0;
str1小于str2返回值<0;
(4)strncpy
charstrncpy(char des,const char* sou,size_t num)
拷贝num个字符串到目标空间
(5)strstr
char* strstr(const charstr1,const charstr2);
返回str2在str1中第一次出现的位置,没有则返回空指针。
(6)memcpy
void* memcpy(void * des,const void sou,size_t num);
从源字符串开始向后复制num个字节的数据到des;遇到\0时并不会结束;
(7)memcmp
int memcmp(const void
ptr1,const void *ptr2,size_t num);
比较从ptr1和ptr2指针开始的num个字节

2、strlen和sizeof的区别

  • strlen
    size_t strlen(const char* str);
  • sizeof
    c语言中的保留关键字

1、strlen是函数,sizeof是运算符
2、strlen测量的是字符串的实际长度,以\0结束,而sizeof测量的是字符分配的大小
3、strlen的结果要运行的时候才能计算出来,而大部分编译程序在编译的的阶段就把sizeof计算过了。且sizeof可以用来计算类型的大小而strlen不可以。
4、在子函数中,sizeof会把从主函数中传进来的字符数组当作指针来处理。指针的大小是由机器来决定的,而不是人为决定的。

五、结构体对齐原则

1、自定义类型介绍
(1)结构体
结构体是一些值的集合,这些值称为成员变量,结构的每个成员可以是不同类型的变量。

struct stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[5];
	char id[20];
}

(2)枚举
将元素一一列举出来,enum Day是枚举类型,{}中的也叫枚举常量

enum Day
{
	Mon,
	Tuse,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
}

(3)联合(共用体)
同样包含一系列成员变量,这些成员公用同一块空间

union Un
{
char c;
int i;
};

共用体的大小取决于最大成员的大小,一般至少是最大成员的大小,当最大成员大小不是最大对齐数整数倍的时候,要对齐到最大对齐数的整数倍。

2、结构体对齐原则
(1) 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
(2) 其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
注意:对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。
VS中默认的对齐数为8,gcc中的对齐数为4
(3)结构体总大小为:最大对齐数(所有变量类型最大者与默认对齐参数取最小)的整数倍。
(4)如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。

# include <stdio.h>
# include <stdlib.h>
//# pragma pack(1)
//# pragma pack(2)   //设置默认对齐数为2
//# pragma pack(4)
//# pragma pack(8)
//# pragma pack(16)
struct s1              //结构体
{
	char c1;      //默认对齐数是8   对比4,选4 则3*4=12
	int i;		 //设置对齐数为1, 1+4+1=6
	char c2;	 //设置对齐数为2,2+4+2=8
};
struct s2
{
	char c1;	// 2*4=8
	char c2;//设置对齐数为1, 1+1+4=6
	int i;	//设置对齐数为2,2+4=6
};
struct s3
{
	double c1;	//8*2=16
	char c2;//设置对齐数为1, 8+1+4=13
	int i;	//设置对齐数为2,8+2+4=14
};
//#pragma pack()  //取消设置的默认对齐数,还原为默认设置
struct s4
{
	char c1;      //struct s3的对齐数为8,则整体对齐数为8,8+16+8=32
	struct s3 s3;//设置对齐数为1, 1+13+8=22
	double d;	 //设置对齐数为2,2+14+8=24
};
struct s5
{
	struct s4 s4;	//同s4,32+3*8=56
	int e;//设置对齐数为1, 22+4+5+4+4=39
	char f[5];//设置对齐数为2,24+4+6+4+4=42
	char* h;
	void(*g)(int);  //空类型指针函数

};
int main()
{
	printf("s1=%d\n", sizeof(struct s1));    //输出结构体大小
	printf("s2=%d\n", sizeof(struct s2));
	printf("s3=%d\n", sizeof(struct s3));
	printf("s4=%d\n", sizeof(struct s4));
	printf("s5=%d\n", sizeof(struct s5));
	system("pause");
	return 0;
}

不设置对齐数、设置对齐数为1和设置对齐数为2的情况下的运行结果:

1)不设置对齐数
在这里插入图片描述
2)设置对齐数为1;
在这里插入图片描述
3)设置对齐数为2:
在这里插入图片描述
特别注意:结构体嵌套时,被嵌套的结构欧体对齐数为自己内部的最大对齐数。
3、为什么要结构体对齐?
1.平台原因(移植原因):不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。
2.性能原因:数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。

版权声明:本文为Willing_hope原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
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