09-进制、内存分析、类型说明符、位运算
一、进制
1.什么是进制
-
是一种计数的方式，数值的表示形式
数一下方块的个数
方块个数
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
- 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
不同进制形式输出
6.习题
1> 判断下列数字是否合理
| A | B | C | D | E | F | G |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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
| A | B |
|---|---|
| 0b0011 1101 | 0b0111 1011 |
3> 写出它们的二进制
| A | B | C |
|---|---|---|
| 67 | 056 | 0x004f |
二、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”
“字节”和“地址”
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
字节数与类型和编译环境的关系
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
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
取值范围
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;
三、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
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：
int在64bit编译器环境下的取值范围
-
short占用2个字节（16bit），取值范围是：
short在64bit编译器环境下的取值范围
-
long占用8个字节（64bit），取值范围是：
long在64bit编译器环境下的取值范围
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：
signed的取值范围
-
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：
unsigned的取值范围
四、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
2>使用位与 & 运算符变量的奇偶性
3>编写一个函数，用来输出整数在内存中的二进制形式
五、char类型
1.存储细节
ASCII单字节表（双字节GBK\GB2312\GB18030\Unicode）
-
ASCII, American Standard Code for Information Interchange 念起来像是"阿斯key"，定义从 0 到 127 的一百二十八个数字所代表的英文字母或一样的结果与意义。由于只使用7个位元(bit)就可以表示从0到127的数字，大部分的电脑都使用8个位元来存取字元集(character set)，所以从128到255之间的数字可以用来代表另一组一百二十八个符号，称为 extended ASCII。
ASCII码对照表
-
目前计算机中用得最广泛的字符集及其编码，是由美国国家标准局(ANSI)制定的ASCII码 （American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码），它已被国际标准化组织（ISO）定为国际标准，称为ISO 646标准。适用于所有拉丁文字字母，ASCII码有7位码和8位码两种形式。
-
因为1位二进制数可以表示（21=）2种状态：0、1；而2位二进制数可以表示（22）=4种状态：00、01、10、11；依次类推，7位二进制数可以表示（27=）128种状态，每种状态都唯一地编为一个7位的二进制码，对应一个字符（或控制码），这些码可以排列成一个十进制序号0～127。所以，7位ASCII码是用七位二进制数进行编码的，可以表示128个字符。
-
第0～32号及第127号(共34个)是控制字符或通讯专用字符，如控制符：LF（换行）、CR（回车）、FF（换页）、DEL（删除）、BEL（振铃）等；通讯专用字符：SOH（文头）、EOT（文尾）、ACK（确认）等；
-
第33～126号(共94个)是字符，其中第48～57号为0～9十个阿拉伯数字；65～90号为26个大写英文字母，97～122号 为26个小写英文字母，其余为一些标点符号、运算符号等。
注意：在计算机的存储单元中，一个ASCII码值占一个字节(8个二进制位)，其最高位(b7)用作奇偶校验位。所谓奇偶校验，是指在代码传送过程中用来检验是否出现错误的一种方法，一般分奇校验和偶校验两种。奇校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是奇数，若非奇数，则在最高位b7添1；偶校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数，若非偶数，则在最高位b7添1。
ASCII表
| A | B | C |
|---|---|---|
| NUL | VT 垂直制表 | SYN 空转同步 |
| SOH 标题开始 | FF 走纸控制 | ETB 信息组传送结束 |
| STX 正文开始 | CR 回车 | CAN 作废 |
| ETX 正文结束 | SO 移位输出 | EM 纸尽 |
| EOY 传输结束 | SI 移位输入 | SUB 换置 |
| ENQ 询问字符 | DLE 空格 | ESC 换码 |
| ACK 承认 | DC1 设备控制1 | FS 文字分隔符 |
| BEL 报警 | DC2 设备控制2 | GS 组分隔符 |
| BS 退一格 | DC3 设备控制3 | RS 记录分隔符 |
| HT 横向列表 | DC4 设备控制4 | US 单元分隔符 |
| LF 换行 | NAK 否定 | DEL 删除 |
- 键盘常用ASCII码
ESC键 VK_ESCAPE (27)
回车键： VK_RETURN (13)
TAB键： VK_TAB (9)
Caps Lock键： VK_CAPITAL (20)
Shift键： VK_SHIFT ($10)
Ctrl键： VK_CONTROL (17)
Alt键： VK_MENU (18)
空格键： VK_SPACE ($20/32)
退格键： VK_BACK (8)
左徽标键： VK_LWIN (91)
右徽标键： VK_LWIN (92)
鼠标右键快捷键：VK_APPS (93)
Insert键： VK_INSERT (45)
Home键： VK_HOME (36)
Page Up： VK_PRIOR (33)
PageDown： VK_NEXT (34)
End键： VK_END (35)
Delete键： VK_DELETE (46)
方向键(←)： VK_LEFT (37)
方向键(↑)： VK_UP (38)
方向键(→)： VK_RIGHT (39)
方向键(↓)： VK_DOWN (40)
F1键： VK_F1 (112)
F2键： VK_F2 (113)
F3键： VK_F3 (114)
F4键： VK_F4 (115)
F5键： VK_F5 (116)
F6键： VK_F6 (117)
F7键： VK_F7 (118)
F8键： VK_F8 (119)
F9键： VK_F9 (120)
F10键： VK_F10 (121)
F11键： VK_F11 (122)
F12键： VK_F12 (123)
Num Lock键： VK_NUMLOCK (144)
小键盘0： VK_NUMPAD0 (96)
小键盘1： VK_NUMPAD0 (97)
小键盘2： VK_NUMPAD0 (98)
小键盘3： VK_NUMPAD0 (99)
小键盘4： VK_NUMPAD0 (100)
小键盘5： VK_NUMPAD0 (101)
小键盘6： VK_NUMPAD0 (102)
小键盘7： VK_NUMPAD0 (103)
小键盘8： VK_NUMPAD0 (104)
小键盘9： VK_NUMPAD0 (105)
小键盘.： VK_DECIMAL (110)
小键盘*： VK_MULTIPLY (106)
小键盘+： VK_MULTIPLY (107)
小键盘-： VK_SUBTRACT (109)
小键盘/： VK_DIVIDE (111)
Pause Break键： VK_PAUSE (19)
Scroll Lock键： VK_SCROLL (145)
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、%d和%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
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;
}
六、程序实现
01-进制
void into_system(void) {
/*
%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
*/
// 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);
printf("%d\n%d\n%d\n", number2, number3,number4);
}
02- 内存存储细节
void memory_storage_details(void) {
/*
字节 变量 内容
ffc1
ffc2 number2 0000 1101
ffc3 0000 0000
ffc4 0000 0000
ffc5 0000 0000
ffc6 number 0000 1100
ffc7 0000 0000
ffc8 0000 0000
ffc9 0000 0000
*/
// 一个int类型数据占据4个字节、32bit
// 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100
int number = 12; // 1100
// 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101
int number2 = 13; // 1101
printf("%d\n%d\n", number, number2);
}
内存存储细节
03-进制转换
void hexadecimal_conversion(int n) {
/*
1.二进制转十进制
0b1100 = 0 * 2的0次方 + 0 * 2的1次方 + 1 * 2的2次方+ 1 * 2的3次方
= 0 + 0 + 4 + 8 = 12
0b1111 = 1 + 2 + 4 + 8 = 15
0b1010 = 10
2.十进制转二进制
67 = 64 + 2 + 1 = 2的6次方 + 2的1次方 + 2的0次方
= 0b1000000 + 0b10 + 0b1
= 0b1000011
3.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
4个字节 -> 31bit
0 000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100
0 ~ 2的31次方-1
*/
// 输出一个整数的二进制存储形式
int bits = sizeof(n) * 8;
while (bits-->0) {
printf("%d", n>>bits&1);
if (bits%4==0) printf(" ");
}
printf("\n");
}
04-类型说明符
void type_specifier(void) {
/*
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
*/
// 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;
}
void longAndShort()
{
// long == long int
long int a = 100645654654645645l;
long a2 = 100645654654645645l;
// long long int == long long
long long int c = 100645654654645645ll;
long long c2 = 4535435435435ll;
// short == short int
short int d = 5454;
short d2 = 43434;
//printf("%lld\n", c);
int s = sizeof(long long int);
printf("%d\n", s);
}
05- 位运算
void an_operation(void) {
/* 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);
}
06-使用位异或运算符交换两个变量的值
void exchange_values_of_two_variables_using_bit_xor_operator(void) {
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);
}
07-用位与&运算符判断变量的奇偶性
void determine_parity_variable(void) {
/*
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");
}
08-写一个函数，用来输出整数在内存中的二进制形式
void printBinary(int number) {
/*
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
*/
// 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");
/*
int bits = sizeof(number) * 8;
while (bits-->0) {
int s = number>>bits&1;
printf("%d", s);
if (bits % 4 == 0) {
printf(" ");
}
}
printf("\n");
*/
}
