数据在内存中的存储

标签：存储 int 浮点数 char 内存 printf 数据

数据类型的介绍

char        //字符数据类型
short       //短整型
int         //整形
long        //长整型
long long   //更长的整形
float       //单精度浮点数
double      //双精度浮点数

这些都是我们常见的基本的内置类型以及了解它们所占存储空间的大小

类型的意义：

① 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）

② 如何看待内存空间的视角

基本归类

① 整型家族

char
    unsigned char
    signed char
short
    unsigned short [int]
    signed short [int]
int
    unsigned int
    signed int
long
    unsigned long [int]
    signed long [int]

② 浮点数家族

float
double

③ 构造类型

数组类型
结构体类型 --> struct
枚举类型   --> enum
联合类型   --> union

④ 指针类型

int* pi;
char* pc;
float* pf;
void* pv;

⑤ 空类型

void 表示空类型（无类型）
通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型

整型存储

原反补

计算机中的整数有三种2进制表示方法，即原码、反码和补码。

三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”

正数的原、反、补码都相同

负整数的三种表示方法各不相同

① 原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。

② 反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码

③ 补码：反码+1就得到补码。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。为什么呢？

        在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，使用补码，可以将符号位和数值域统一处理；同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

大小端

概念

大端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中

小端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位,，保存在内存的高地址中

为什么会有大端和小端呢？（参考资料）

为什么会有大小端模式之分呢？这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8 bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外，还有16 bit的short型，32 bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

例如：一个 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x0010 ， x 的值为 0x1122 ，那么 0x11 为高字节， 0x22 为低字节。对于大端模式，就将 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式，而 KEIL C51 则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

判断

下面我将介绍两个方法来判断当前机器的字节序

int func1()
{
	int i = 1;
	return (*(char *)&i);
}

//巧妙运用了联合体的特性
int func2()
{
    union
    {
        int i;
        char c;
    }un;
    un.i = 1;
    return un.c;
}

int main()
{
    //int ret = func1();
    //int ret = func2();
    if(ret == 1)
    {
    	printf("小端\n");
    }
    else
    {
    	printf("大端\n");
    }
    return 0;
}

练习

第一题

int main()
{
    char a = -1;
    signed char b = -1;
    unsigned char c = -1;
    printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
    return 0;
}

第二题

int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

第三题

int main()
{
    int i = -20;
    unsigned int  j = 10;
    printf("%d\n", i+j);
}

这里就按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数

第四题

int main()
{
    unsigned int i;
    for (i = 9; i >= 0; i--)
    {
        printf("%u\n", i);
    }
    return 0;
}

这里代码运行会出现什么结果？是不是进入了死循环，那是因为i是一个无符号数，不可能为负，始终大于等于0，所以循环不会停下来

第五题

int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d", strlen(a));
	return 0;
}

这里输出的结果为什么是255呢，怎么不是1000？那是因为a数组是char类型的，最多存储一个字节大小的数据，当i为255时，此时转化为char类型刚好为-1，所以a[255] = 0，又因为strlen遇到'\0'会停止，所以当读到0处会停止下来

第六题

unsigned char i = 0;
int main()
{
   for(i = 0;i<=255;i++)
   {
        printf("hello world\n");
   }
   return 0;
}

这道题和第四题类似，大家可以想一想然后跑一下代码检验正确与否

其实大家可以发现，这几道题中，我们并不关注内存中放的数据是什么，我们关心的是我们用什么方式（角度）去读这块内存存储的数据，例如%d打印有符号整数，%u打印无符号整数，用不同的方式去读都有可能会产生很大的差别

浮点型存储

浮点数家族包括float、double、long double类型

浮点数表示的范围：float.h中定义

下面我直接举个例子让大家感受一下

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

num和*pFloat在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的运行结果会差别这么大？

下面我将介绍浮点数存储规则，了解完存储规则后我们就大致明白为什么会这样了

存储规则

根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会） 754，任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：

① (-1)^S * M * 2^E

② (-1)^S表示符号位，当S=0，V为正数；当S=1，V为负数

③ M表示有效数字，大于等于1，小于2

④ 2^E表示指数位

打个比方十进制的5.0，写成二进制是 101.0 ，相当于 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

十进制的-5.0，写成二进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2

IEEE 754规定：

对于32位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M

对于64位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M

另外IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

对于M：

        因为1≤M<2，所以在计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的时候，只保存01，等到读取的时候，再把第一位的1加上去。这样做的目的，是节省1位有效数字。以32位浮点数为例，留给M只有23位，将第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效数字

对于E：

        首先，E为一个无符号整数（unsigned int），这意味着，如果E为8位，它的取值范围为0~255；如果E为11位，它的取值范围为0~2047。但是，我们知道，科学计数法中的E是可以出现负数的，所以IEEE 754规定，存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数，对于8位的E，这个中间数是127；对于11位的E，这个中间数是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮点数时，必须保存成10+127=137，即10001001。

指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

① E不全为0或不全为1

这时，浮点数就采用下面的规则表示，即指数E的计算值减去127（或1023），得到真实值，再将有效数字M前加上第一位的1

② E全为0

这时，浮点数的指数E等于1-127（或者1-1023）即为真实值，有效数字M不再加上第一位的1，而是还原为0.xxxxxx的小数。这样做是为了表示±0，以及接近于0的很小的数字

③ E全为1

这时，如果有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位S）

以上就是存储规则，接下来让我们重新看回刚刚那题

首先，将 0x00000009 拆分，得到第一位符号位S=0，后面8位的指数 E=00000000 ，最后23位的有效数字9 ---> M=000 0000 0000 0000 0000 1001

由于指数E全为0，因此，浮点数V就写成：　

V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)

显然，V是一个很小的接近于0的正数，所以用十进制小数表示就是0.000000

其次，浮点数9.0等于二进制的1001.0，即1.001×2^3

9.0 --> 1001.0 -->(-1)^0 × 1.0012^3 --> s=0, M=1.001,E=3+127=130

那么，第一位的符号位S=0，有效数字M等于001后面再加20个0，凑满23位，指数E等于3+127=130，即10000010，所以，写成二进制形式，应该是S+E+M，即

0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000 还原成十进制，原反补相同，所以原码就是 1091567616

本篇文章到这里就结束啦，大家消化的怎么样，一定要尝试去理解，其中大小端也是一个重点，另外希望大家通过几道练习题能够进一步理解数据在内存中存储的形式！下篇文章见，希望大家多多来支持一下！

感谢大家的三连支持！ 

标签：存储,int,浮点数,char,内存,printf,数据
From： https://blog.csdn.net/2402_84433929/article/details/144301247