关于数据在内存中的存储

1. 数据类型详细介绍

1.数据类型介绍

在前面我们已经学习了基本的内置类型：

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

以及它们所占存储空间的大小：

char 一个字节；

short 两个字节；

int long 四个字节；

long long 八个字节；

float 四个字节；

double 八个字节；

2.类型的基本归类

按照类型归类，我们可以分为整形，浮点型，构造类型，指针类型，以及空类型：

1.整形家族

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.浮点型家族

float
double

3.构造类型家族

char arr[] int arr[];//数组类型
struct;//结构体类型
enum;//枚举类型
union;//联合体类型

4.指针类型家族

int *pi;//整形类型指针，大小为4或者8个字节，可以访问四个字节
char *pc;//字符类型指针，大小为4或者8个字节，可以访问一个字节
float* pf;//浮点类型指针，大小为4或者8个字节，后面我们对这一类型重点讨论
void* pv;//无确定类型指针，可以接收任意类型指针，但不可以直接引用

5.空类型

void表示空类型；通常可以应用于函数的返回类型，函数的参数，以及指针类型。

2. 整形在内存中的存储：原码、反码、补码

我们知道一个变量的创建是要在内存中开辟空间的，那么数据在内存中是怎么样存放的呢？

1.原码，反码，补码

计算机中的整数其实有三种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”，而数值位

正数的原、反、补码都相同。 负整数的三种表示方法各不相同。 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； 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； 补码： 反码+1=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。 让我们看看在内存中的存储：

上面分别是整形a和b在内存中的存储情况，但是我们发现顺序有点不对；

3.大小端字节序介绍以及判断

什么是大小端？大小端是什么？

大端存储模式：指的是数据的低位储存在高地址的内存中，反过来数据的高位储存在低地址的内存中；

小端存储模式：恰恰与大端存储模式相反，指的是将数据的低位存储在低地址处，而将数据的高位储存在高地址处；

那么为什么要有大端和小端呢？

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；

4. 浮点型在内存中的存储解析

浮点数的存储与整形是不一样的，首先让我们先来看一个例子：

//这段代码的结果是什么？
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;
}

为什么会是这样的结果呢？接下来让我们来了解一下浮点数的存储规则：

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)^S * M * 2^E (-1)^S表示符号位，当S=0，V为正数；当S=1，V为负数。 M表示有效数字，大于等于1，小于2。 2^E表示指数位 举个例子： 十进制的5.0，写成二进制就是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； IEEE 754规定： 对于32位的浮点数，最高的一位是符号位，接着的8位是指数E，剩下的32位是有效数字M； 而对于64位的浮点数，最高的一位同样是符号位，接着的11位是指数E，剩下的52位是有效数字M；

IEEE 754 对有效数字 M 和指数 E ，还有一些特别规定。 前面说过， 1≤M<2 ，也就是说，M可以写成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小数部分。 IEEE 754规定，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。而对64位浮点数来说，就可以保存53位有效数字； 至于指数 E ，情况就比较复杂。 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；然后，E从内存中取出也可以分三种情况： 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。 比如： 0.5（1/2）的二进制形式为0.1，由于规定正数部分必须为1，即将小数点右移1位，则为 1.0*2^(-1)，其阶码为-1+127=126，表示为01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000， 则其二进制表示形式为:0 01111110 00000000000000000000000 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； 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）； 好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里； 下面我们来解释前面的题目： 为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 ？ 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M=000 0000 0000 0000 0000 1001。 由于指数E全为0，所以符合上一节的第二种情况。因此，浮点数V就写成： 9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001 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。 再看例题的第二部分。 请问浮点数9.0，如何用二进制表示？还原成十进制又是多少？ 9.0 -> 1001.0 ->(-1)^01.0012^3 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130 首先，浮点数9.0等于二进制的1001.0，即1.001×2^3。 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这个32位的二进制数，还原成十进制，正是1091567616. 本文结束~

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