有關內存

前言

大體把握C語言后，要清楚C語言是一門偏底層的語言，因此就非常有必要來探究一下內存深處的樣子，修煉我們的內功，對此有更深層次的理解.

一、指針初階

指針就是變量，用來存放地址的變量。（存放在指針中的值被當做地址處理）

#include int main(){ int a = 10;//在內存中開辟一塊空間 int *p = &a;//這里我們對變量a，取出它的地址，可以使用&操作符。   //將a的地址存放在p變量中，p就是一個之指針變量。 return 0;}

1.指針大小

對于32位機器，有32根地址線，即有2^32個地址，可以操作4g的空間，筆者在下文對此有詳細的介紹
C語言整體把握

2.指針類型

既然不管何種類型指針大小都由32位與64位決定，那不同的指針類型有什么作用呢？

char  *pc = NULL;int   *pi = NULL;short *ps = NULL;long  *pl = NULL;float *pf = NULL;double *pd = NULL;

解引用 *

*(解引用操作符)可以對地址（指針）變量 解引用通過地址對其內容做出修改

*pc = 10

#include int main(){ int n = 10; char *pc = (char*)&n; int *pi = &n;  printf("%p/n", &n); printf("%p/n", pc); printf("%p/n", pc+1); printf("%p/n", pi); printf("%p/n", pi+1); return  0;}

經(jīng)過調試可以發(fā)現(xiàn)int類型一次跳過四個字節(jié)，char類型一次跳過一個字節(jié)，即地址變量類型決定了指針移動的距離

3.野指針

位置不可只的指針，使用起來極其危險也沒有意義

1.成因

1.未初始化

隨意定義指針

#include int main(){  int *p;//局部變量指針未初始化，默認為隨機值    *p = 20; return 0;}

2.越界

#include int main(){    int arr[10] = {0};    int *p = arr;    int i = 0;    for(i=0; i<=11; i++)   {        //當指針指向的范圍超出數(shù)組arr的范圍時，p就是野指針        *(p++) = i;   }    return 0;}

3.指針指向的空間釋放

規(guī)避

初始化，不越界，釋放置為空（ NULL），局部變量地址慎用，檢查有效性

局部地址

盡量不要在子函數(shù)中直接返回指針，由于作用域與生命周期的限定，出函數(shù)時指針所指向的空間已經(jīng)被銷毀.

檢查有效性

if(*p != NULL)//斷言，需引頭文件//條件不為真時報錯，對程序員十分友好assert(*p)

4.指針運算

1.±整數(shù)

結合上文，常用于指針與數(shù)組——函數(shù)等的結合

2.指針-指針

可以得到兩地址之間的元素個數(shù)

關系運算時：允許指向數(shù)組元素的指針與指向數(shù)組最后一個元素后面的那個內存位置的指針比較，但是不允許與指向第一個元素之前的那個內存位置的指針進行比較。

可以與數(shù)組越界后一位判定目的是否成立

5.二級指針

存放地址的指針

int c= 0；int *p = &c；int **p = *p;

6.指針數(shù)組

存放指針的數(shù)組

arr數(shù)組里存放五個元素，每個元素都是int*類型int* arr[5]

有關棧幀

引圖可以當做引言，但不可視為棧幀，下期詳講

二、數(shù)據(jù)存儲

1.數(shù)據(jù)類型

char //字符數(shù)據(jù)類型short //短整型int //整形long //長整型long long   //更長的整形float //單精度浮點數(shù)double //雙精度浮點數(shù)

構造類型

• 數(shù)組
• 結構體 struct
• 枚舉 enum
• 聯(lián)合類型 union

指針類型

int* p;char* p;float* p;void* p;

2.整形在內存中的存儲

整形分配四個字節(jié)

00000000 00000000 00000000 00000000

內存中，對整形，存儲并使用的是他的二級制位的補碼

原碼，反碼，補碼

對于整數(shù)

原碼，反碼，補碼相同，都是它所對應的二進制

對于負數(shù)

原碼是其所對應二進制且最高位為1

10000000 00000000 00000000 00000000

• 二進制中最高位為符號位，0正1負
• 原碼：最高位符號位為1
• 反碼：符號位不變，其他位按位取反
• 補碼：反碼+1即為補碼
  原碼與補碼的轉化方法相同
  符號位不變 取反加一

2.大小端

大（小）端字節(jié)序

• 大端（存儲）模式，是指數(shù)據(jù)的低位保存在內存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內存的低地址中；
• 小端（存儲）模式，是指數(shù)據(jù)的低位保存在內存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位,，保存在內存的高地址中。
• 圖示十六進制排序應該為00 00 00 01，01卻在低地址中，即為小端

3.浮點數(shù)在內存中的存儲

3.1415926
1e10

int main(){ int n = 9; float *pFloat = (float *)&n; printf("n的值為：%d/n",n); printf("*pFloat的值為：%f/n",*pFloat); *pFloat = 9.0; printf("num的值為：%d/n",n); printf("*pFloat的值為：%f/n",*pFloat); return 0;}

與思考有所不同，不得不介紹浮點數(shù)在內存中的存儲規(guī)則
///
根據(jù)國際標準IEEE（電氣和電子工程協(xié)會） 754，任意一個二進制浮點數(shù)V可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2^E
• (-1)^s表示符號位，當s=0，V為正數(shù)；當s=1，V為負數(shù)。
• M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2。
• 2^E表示指數(shù)位。
  舉例來說：
  十進制的5.0，寫成二進制是 101.0 ，相當于 1.01×2^2 。那么，按照上面V的格式，可以得出s=0，M=1.01，E=2。十進制的-5.0，寫成二進制是 -101.0 ，相當于 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，E=2。
• 對于32位的浮點數(shù)，最高的1位是符號位s，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位為有效數(shù)字M。

• 對于64位的浮點數(shù)，最高的1位是符號位S，接著的11位是指數(shù)E，剩下的52位為有效數(shù)字M。
  
  素材來源：比特科技B站開源素材
  存儲時，由于m大于1小于2，即必為1，存儲時將1省略，讀取時加入即可

E

科學計數(shù)法中，e可以為負數(shù)，也就有了e存入內存時其真實值必須加一個中間數(shù)，8位為127,11位為1023
例：2^10 E為10，存儲時 10+127=137
10001001

E的特殊情況

1.不全為0或不全為一

正常情況，只需減去中間值127（1023）得到真實值，存儲時m正常補齊即可

2.全為0

E等于1-127（或1023）即為真實值
表示一個無窮小的數(shù)
將M直接還原為0.xxxxxxx的小數(shù)

3.全為1

2的高次冪，是一個非常大的數(shù)，表示±無窮

補充

無符號的char所對應圖示可以用于E的二進制展示

調試

探究底層時離不開調試，調試是一個優(yōu)質程序員必須掌握的技巧。文中多處引入調試圖例

調試常用
最常使用的幾個快捷鍵：

• F5
  啟動調試，經(jīng)常用來直接跳到下一個斷點處。
• F9
  創(chuàng)建斷點和取消斷點
  斷點的重要作用，可以在程序的任意位置設置斷點。
  這樣就可以使得程序在想要的位置隨意停止執(zhí)行，繼而一步步執(zhí)行下去。
• F10
  逐過程，通常用來處理一個過程，一個過程可以是一次函數(shù)調用，或者是一條語句。
• F11
  逐語句，就是每次都執(zhí)行一條語句，但是這個快捷鍵可以使我們的執(zhí)行邏輯進入函數(shù)內部（這是
  最長用的）。
• CTRL + F5
  開始執(zhí)行不調試，如果你想讓程序直接運行起來而不調試就可以直接使用。

算數(shù)轉換

long doubledoublefloatunsigned long intlong intunsigned intint

不同算數(shù)類型進行算數(shù)操作時,數(shù)據(jù)由低到高進行算數(shù)轉換
注意：轉換為char類型時要在二進制位低八位處進行截斷，轉回時要將高位補為符號位.

總結

重點在于數(shù)據(jù)存儲，浮點數(shù)的存儲，算數(shù)轉換.