黑马程序员——C语言基础---内存剖析

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进制

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

二进制

特点：只有0和1，逢2进1

书写格式：0b或者0b开头

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

二进制和十进制的互相转换

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

八进制

特点：0~7，逢八进一

书写格式：0开头

八进制和二进制的互相转换

十六进制

特点：0~F，逢十六进一

书写格式：0x或者0X开头

十六进制和二进制的互相转换

总结

Mac中计算器的使用

printf以不同进制形式进行输出

示例：

#include <stdio.h>/* %d\%i  十进制形式输出整数 %c 输出字符 %p 输出地址 %f 输出小数 %o 八进制形式输出整数 %x 十六进制形式输出整数  */int main(){    // 默认情况下，就是十进制    int number = 12;        // 二进制(0b或者0B开头)    int number2 = 0B1100;        // 八进制（0开头）    int number3 = 014;        // 十六进制（0x或者0X开头）    int number4 = 0xc;        // %d以10进制整数的形式输出一个数值    printf("%x\n", number);        return 0;}

变量的内存分析

研究变量在内存中的具体存储情况

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”。

内存以“字节为单位”

不同类型占用的字节是不一样的

变量的存储

所占用字节数跟类型有关，也跟编译器环境有关

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

查看内存地址的两种方式：%x和%p

查看整数的二进制形式

// 输出整数的二进制形式

void putBinary(int n)

{

    int bits = sizeof(n) * 8;

    while (bits-->0) {

        printf("%d", n>>bits&1);

        if (bits%4==0)printf(" ");

    }

    printf("\n");

}

内存存储细节：

负数在内存中的存储

一个字节的取值范围 

负数的表示形式 

原码、反码、补码

类型说明符

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-2³¹~2³¹-1；short占用2个字节（16bit），取值范围是-2¹⁵~2¹⁵-1；long占用8个字节（64bit），取值范围是-2⁶³~2⁶³-1

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

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 ~ 2³² - 1

示例：

#include <stdio.h>/* int 4个字节  %d short 2个字节 %d long 8个字节  %ld long long 8个字节 %lld   signed unsigned  %u */int main(){    // 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000    // 2的31次方-1    // 2的32次方-1    int num;        /*     signed和unsigned的区别：      signed 最高位要当做符号位     unsigned 最高位不要当做符号位    */    // signed == signed int    // signed 有符号:正数、0、负数    signed int a = 10;    signed a2 = 10;        // unsigned int == unsigned    // unsigned 无符号：0、正数    unsigned int b = 10;    unsigned b2 = 10;        long unsigned int c = 34343;    long unsigned c2 = 423432;        short unsigned int d = 4343;    short unsigned d2 = 43243;        short signed int e = 54354;    short signed e2 = 434;                    return 0;}void longAndShort()

位运算

&按位与

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。

举例: 比如9&5，其实就是1001&101=1，因此9&5=1

规律

二进制中，与1相&就保持原位，与0相&就为0

| 按位或

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。

举例: 比如9|5，其实就是1001|101=1101，因此9|5=13

^ 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

~ 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）

<< 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

>> 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

示例：

#include <stdio.h>int main(){    /* 按位与 &          10101010000     00000100000     -------------     00000000000          10111011     10101101     ---------     10101001          1001     0101     -----     0001     */        /*     按位或 |     1001     0101     -----     1101     */            /*     按位异或 ^      1.相同数值进行异或，结果肯定是0，比如9^9     2.交换 9^5^6 == 9^6^5     3.任何数值跟0进行异或，结果还是原来的数值，9^0 == 9     4.a^b^a == a^a^b == 0^b == b          1001     0101     -----     1100          1001     1001     -----     00000          0101     0000     ----     0101          9^5^9 == 9^9^5 = 0^5 = 5          a^b^a == b     */    //printf("%d\n", 9^9);        //printf("%d\n", 9 ^ 5);        /*     按位取反 ~     ~0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001      1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110     */    //printf("%d\n", ~9);        /*     左移 <<          0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000     00 0000 0000 0000 0000 0000 0000 100100          9<<1 -> 9 * 2的1次方 == 18     9<<2 -> 9 * 2的2次方 ==36     9<<n -> 9 * 2的n次方     */        //printf("%d\n", 9<<1);        /*     右移 >>     0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000     000000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 10     111111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 10           8>>1 -> 8/2 == 4     8>>2 -> 8/2的2次方 == 2     8>>n -> 8/2的n次方     */        printf("%d\n", 8>>3);        return 0;}

示例：

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>/* 使用位异或运算符交换两个变量的值 */int main(){    int a = 10;    int b = 11;        /* 借助第三方变量    int temp = a;    a = b;    b = temp;    */        /*    a = b - a;    b = b - a;    a = b + a;    */        // a^b^a == b        // a -->  10^11    // b -->  10    a = a ^ b;    b = a ^ b;    a = a ^ b;        printf("a=%d, b=%d\n", a, b);        return 0;}

运算结果：

使用位与&运算符变量的奇偶性

#include <stdio.h>/* 用位与&运算符判断变量的奇偶性 */int main(){    /*     15: 1111     9:  1001          14: 1110     10: 1010     */    int a = 15;        a&1 == 1 ;// 奇数    a&1 == 0 ;// 偶数        /*    if (a%2) {        printf("奇数\n");    } else {        printf("偶数\n");    }*/        a%2==0?printf("偶数\n"):printf("奇数\n");        //a%2?printf("奇数\n"):printf("偶数\n");                return 0;}

运算结果：

编写一个函数，用来输出整数在内存中的二进制形式

/*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(){    /*     0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000     0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111          9 : 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001     -10 : 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110     */            //printf("%d\n", ~9);            printBinary(-10);    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");}

运算结果：

char类型

存储细节

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

常见错误

char c = A;

char c ="A";

char c ='ABCD';

char c ='男'; 

当做整型使用

在-128~127范围内，可以当做整数来用

%c和%d\%i的使用

printf(“%d”, ‘A’);

printf(“%c”, 68);

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

示例：

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('f');        printf("%c\n", cc);    return 0;}

运行结果：

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;

}

运行结果：