c语言的内存分析

1、 进制

1. 什么是进制

● 是一种计数的方式，数值的表示形式 

汉字：十一   十进制：11  二进制：1011  八进制：13 

● 多种进制：十进制、二进制、八进制、十六进制。也就是说，同一个整数，我们至少有4种表示方式

4种主要的进制：

①. 十进制：0~9 

②. 二进制：0和1

③. 八进制：0~7

④. 十六进制：0~9+a b c d e f

● 软件开发，肯定要了解这个

 

2. 二进制

1> 特点：只有0和1，逢2进1

2> 书写格式：0b或者0b开头

3> 使用场合：二进制指令\二进制文件，变量在内存中就是二进制存储

4> 二进制和十进制的互相转换

5> n为二进制位所能表示的数据范围（不考虑负数）：0~2的n次方-1

 

3. 八进制

1> 特点：0~7，逢八进一

2> 书写格式：0开头

3> 八进制和二进制的互相转换

 

4. 十六进制

1> 特点：0~F，逢十六进一

2> 书写格式：0x或者0X开头

3> 十六进制和二进制的互相转换

 

5. 总结

1> Mac中计算器的使用

2> printf以不同进制形式进行输出

 

%d和%i    ：以十进制整数的形式输出一个值

%o ：以不带符号的八进制输出

%x ：以不带符号的十六进制输出

%u ：以不带符号的十进制输出

%c : 输出字符

%p : 输出地址

%f : 输出小数

%s : 输出字符串

 

6. 习题

1> 判断下列数字是否合理

00011   0x0011  0x7H4  10.98  0986  .089  -109

+178    0b325  0b0010   0xFFdc  96f  96.0f   96.0F

-.003    15.4e6  10e8.7  7.6e-6

2> 分别写出它们的十进制、八进制、十六进制

0b0011 1101      0b0111 1011

3> 写出它们的二进制

67   056  0x004f 

 

2、 变量的内存分析

研究变量在内存中的具体存储情况

1. 字节和地址

为了更好地理解变量在内存中的存储细节，先来认识一下内存中的“字节”和“地址”。

1> 内存以“字节为单位”

 

2> 不同类型占用的字节是不一样的

 

2. 变量的存储

1> 所占用字节数跟类型有关，也跟编译器环境有关

2> 变量实例

int b = 10;

int a = 134;

● 内存由大到小寻址

● 只存储二进制形式

● 每个变量都有地址：第一个字节的地址就是变量的地址

3> 查看内存地址的两种方式：%x和%p

4> 查看整数的二进制形式

// 输出整数的二进制形式

#include <stdio.h>
int main()
{
    void putBinary(int);
    
    putBinary(-12);
    
    putBinary(13);
    
    return 0;
}
void putBinary(int n)
{
    int bits = sizeof(n) * 8;
    while (bits-->0) {
        printf("%d", n>>bits&1);
        if (bits%4==0) printf(" ");
    }
    printf("\n");
}

 

 

3. 负数在内存中的存储

1> 一个字节的取值范围

2> 负数的表示形式

3> 原码、反码、补码

 

4. 取值范围

 n位二进制的取值范围

 2位二进制位的取值范围：0~3  0~2的2次方-1

 3位二进制位的取值范围：0~7  0~2的3次方-1

 n位二进制位的取值范围：0~2的n次方-1

 

 

5. 习题

写出下列变量在内存中的存储情况

int a = 134;

int b = 0;

int c = -10;

 

3、 类型说明符

1. short和long

● 100l和100ll和100的区别

● long和long long的输出

● 不同类型所占用的存储空间

1> short和long可以提供不同长度的整型数，也就是可以改变整型数的取值范围。在64bit编译器环境下，int占用4个字节（32bit），取值范围是-2的31次方~2的31次方-1；short占用2个字节（16bit），取值范围是-2的15次方~2的15次方-1；long占用8个字节（64bit），取值范围是-2的63次方~2的63次方-1

2> 总结一下：在64位编译器环境下，short占2个字节(16位)，int占4个字节(32位)，long占8个字节(64位)。因此，如果使用的整数不是很大的话，可以使用short代替int，这样的话，更节省内存开销。

3> 世界上的编译器林林总总，不同编译器环境下，int、short、long的取值范围和占用的长度又是不一样的。比如在16bit编译器环境下，long只占用4个字节。不过幸运的是，ANSI \ ISO制定了以下规则：

● short跟int至少为16位(2字节)

● long至少为32位(4字节)

● short的长度不能大于int，int的长度不能大于long

● char一定为为8位(1字节)，毕竟char是我们编程能用的最小数据类型

4> 可以连续使用2个long，也就是long long。一般来说，long long的范围是不小于long的，比如在32bit编译器环境下，long long占用8个字节，long占用4个字节。不过在64bit编译器环境下，long long跟long是一样的，都占用8个字节。

5> 还有一点要明确的是：short int等价于short，long int等价于long，long long int等价于long long

 

2. signed和unsigned

1> 首先要明确的：signed int等价于signed，unsigned int等价于unsigned

2> signed和unsigned的区别就是它们的最高位是否要当做符号位，并不会像short和long那样改变数据的长度，即所占的字节数。

● signed：表示有符号，也就是说最高位要当做符号位，所以包括正数、负数和0。其实int的最高位本来就是符号位，已经包括了正负数和0了，因此signed和int是一样的，signed等价于signed int，也等价于int。signed的取值范围是-231 ~ 231 - 1

● unsigned：表示无符号，也就是说最高位并不当做符号位，所 以不包括负数。在64bit编译器环境下面，int占用4个字节（32bit），因此unsigned的取值范围是：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ~ 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，也就是0 ~ 2的32次方 - 1

 

4、 位运算

1. & 按位与

1> 功能

只有对应的两个二进位均为1时，结果位才为1，否则为0。

2> 举例: 比如9&5，其实就是1001&101=1，因此9&5=1

3> 规律

● 二进制中，与1相&就保持原位，与0相&就为0

 

2. | 按位或

1> 功能

只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1，否则为0。

2> 举例: 比如9|5，其实就是1001|101=1101，因此9|5=13

 

3. ^ 按位异或

1> 功能

当对应的二进位相异（不相同）时，结果为1，否则为0。

2> 举例: 比如9^5，其实就是1001^101=1100，因此9^5=12

3> 规律

● 相同整数相^的结果是0。比如5^5=0

● 多个整数相^的结果跟顺序无关。比如5^6^7=5^7^6

● 因此得出结论：a^b^a = b

 

4. ~ 取反

对整数a的各二进位进行取反，符号位也取反（0变1，1变0）

 

5. << 左移

● 把整数a的各二进位全部左移n位，高位丢弃，低位补0。左移n位其实就是乘以2的n次方

● 由于左移是丢弃最高位，0补最低位，所以符号位也会被丢弃，左移出来的结果值可能会改变正负性

 

6. >> 右移

● 把整数a的各二进位全部右移n位，保持符号位不变。右移n位其实就是除以2的n次方

● 为正数时， 符号位为0，最高位补0

● 为负数时，符号位为1，最高位是补0或是补1 取决于编译系统的规定

 

7. 习题

1> 在不用引入其他变量的情况下，使用位异或^运算符实现两个变量值的互换

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 11;
    a = a ^ b;
    b = a ^ b;
    a = a ^ b;
    
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
    
    return 0;
}

 

2> 使用位与&运算符变量的奇偶性

#include<stdio.h>
int main()

{
    
    printf("请输入需要判断的整数:\n");
    
    int n;
    
    scanf("%d",&n);
    
    
    if((n&1)==1)
        
        printf("这个数是奇数\n");
    
    else if((n&1)==0)
        
        printf("这个数是偶数\n");
    
    return 0;
    
}

 

3> 编写一个函数，用来输出整数在内存中的二进制形式

 

#include <stdio.h>
void printBinary(int number);

int main()
{
    printf("这个程序的作用是把你输入的整数以二进制的格式输出\n");
    
       printf("请输入一个整数：\n");

        int n;

        scanf("%d",&n);
        printBinary(n);
    
        return 0;
}

void printBinary(int number)
{
    
    // 记录现在挪到第几位
    // (sizeof(number)*8) - 1 == 31
    int temp = ( sizeof(number)<<3 ) - 1;
    
    while ( temp >= 0 )
    {
        // 先挪位，再&1，取出对应位的值
        int value = (number>>temp) & 1;
        printf("%d", value);
        
        //
        temp--;
        
        // 每输出4位，就输出一个空格
        if ( (temp + 1) % 4 == 0 )
        {
            printf(" ");
        }
    }
    
    printf("\n");
}

 

5、 char类型

1. 存储细节

ASCII单字节表（双字节GBK\GB2312\GB18030\Unicode）

2. 常见错误

char c = A;

char c = "A";

char c = 'ABCD';

char c = '男'; 

3. 当做整型使用

在-128~127范围内，可以当做整数来用

4. %c和%d\%i的使用

printf(“%d”, ‘A’);

printf(“%c”, 68);

5. 转义字符

转义字符	意义	ASCII码值
\n	将当前位置移到下一行开头（回车换行）	10
\t	跳到下一个TAB位置	9
\\	代表一个反斜线字符	92
\'	代表一个单引号字符	39
\"	代表一个双引号字符	34
\0	空字符	0

 

6. 习题

1. 编写一个函数，将小写字母转为大写

#include <stdio.h>
char upper(char c)
{
    // 如果是小写字母，就转成大写
    /*
     if (c>='a' && c<='z') { // ['a', 'z']
     return c - ('a'-'A');
     } else {// 如果不是小写字母，返回字母本身
     return c;
     }*/
    
    // 如果是小写字母，就转成大写
    if (c>='a' && c<='z') { // ['a', 'z']
        return c - ('a'-'A');
    }
    // 如果不是小写字母，返回字母本身
    return c;
}

int main()
{
    char cc = upper('h');
    
    printf("%c\n", cc);
    return 0;
}

 

2. 说出程序的输出结果

int main()

{

   int i = 67 + '4';

   char c = 'c' - 10;

   

   printf("%d - %c\n", i, i);

   printf("%d - %c\n", c, c);

   return 0;

}

    　　　　解  119 - w

     　　　　　  89 - Y