深度剖析数据在内存中的存储

1.数据的基本内置类型：

char	字符数据类型	1字节
short	短整型	2字节
int	整型	4字节
long	长整型	4字节
long long	更长的整型	8字节
float	单精度浮点数	4字节
double	双精度浮点数	8字节

2.void（空类型）
（1）void不能直接定义变量，但 void* 可以，且在32平台下占4字节。
（2）void* 可以接收任意类型，通常用来接收任意指针类型。

3.整型在内存中的存储
创建变量=开辟空间+赋值，空间的大小是根据其自身类型决定的。

对于整形来说，数据存放内存中其实存放的是补码。补码更利于加法运算，因为CPU只有加法器。
我们需要把数据转换为补码形式，先要给出其原码，除过符号为其他比特位全部取反得到反码，然后再将反码加1得到其补码。

大小端问题：
我们知道数据在存储时，都是以字节存储的，不同的计算机可能有不同的存储方式，我们把它分为大端存储模式和小端存储模式。

大端：数据的低权值位保存在内存的高地址中。
小段：数据的低权值位保存在内存的低地址中。

之后的内容默认计算机为小端存储模式。

根据以上知识我们通过实例看一看数据到底是怎么存储的。
比如: int a = 20; int b = -10;
我们知道int类型需要分配四字节，但是他们在计算机中是怎样存储的呢？
存数据看数值，且存储数据时是按字节存储的。
（1）int a = 20; 20为正数，正数的原码、反码、补码都一样。

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100（原、反、补码）
   0    0    0    0    0    0    1    4   

因为存储是按照字节存储的，所以20在内存（小端）中这样存放： 14 00 00 00
（2）int b = -10，-10为负数，其符号位为1。

1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 （原码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101 （反码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 （补码）
   F    F    F    F    F    F    F    6 

所以，-10在内存（小端）中这样存放：F6 FF FF FF

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为了更好的巩固理论知识，我们来做几个练习：

一、输出什么？

#include
#include

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

解题思路步骤：
（1）我们知道，在存数据时只看数值，取其补码，那我们先求-1的补码：

1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001（原码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110（反码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111（补码）

（2）我们得到原码，现在要把它存入变量所开辟的空间中，但我们变量的数据类型都为char，在内存中开辟了一字节的空间。那么在存数据时就会发生截断，截取低八位的数据存入变量中。那现在变量a、b、c中存的数据为1111 1111.

（3）最后输出，我们需要读取数据，读取数据要看变量自身的类型，这题中，a和b都是有符号char型，其结果肯定是相同的。我们再看输出格式要求，%d为有符号十进制打印，所以会发生整型提升。

负数整型提升时，高位补充符号位1.
正数整型提升时，高位补充符号为0.
无符号数整型提升时，高位补0.

1）读取a和b，a和b为有符号char型，-1为负数，高位补符号位1，整型提升为

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111（补码）//又因为是%d输出，需要把它转换为原码然后输出，
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110（反码）
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001（原码）

a和b的输出要求为%d，即按照有符号十进制打印，所以a和b的值都为-1.

2）读取c，c为无符号char型，所以整型提升时高位补0.得到
0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111（原码、补码、反码）
c的、输出要求为%d，即按照有符号十进制打印，结果为255.

答：a=-1，b=-1，c=255.

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二、下面程序输出什么？

#include
#include

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

解题思路和步骤
（1）存数据，看数值，取补码。

1000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000（原码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 0111 1111（反码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000（补码）

（2）存数据，变量a类型为char，开辟了一字节空间，截取补码低八位存入a中，即a中为1000 0000.
（3）读数据，看变量自身类型，做整型提升，变量a为有符号char，高位补充符号位-1，即 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000
（4）最后以%u的形式打印，%u是按照无符号十进制打印的，（无符号数原码等于补码），所以这里打印出来的就是1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 的十进制4294967168。

答：4294967168。

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三、输出什么？

#include
#include

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

解题思路和步骤:
(1)存数据，看数值，取补码

0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000（原码、补码、反码）

（2）存数据，char开辟了一个字节空间，发生截断，低八位存入，a中存的是1000 0000
（3）取数据，看a的自身类型，为有符号char，发生整型提升，第八位1被当作符号位，则高位补1，为1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000.
（4）%u是按照无符号十进制打印，即1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000的十进制，为4294967168。

答 : 4294967168.

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四、输出什么?

#include
#include

int main()
{
	int i = -20;
	unsigned int j = 10;
	printf("%d\n", i + j);
	system("pause");
	return 0;
}

解题思路和步骤：
（1）存数据，看数值，取反码。

i
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100（原码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1011（反码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1100（补码）
j
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010（原码、反码、补码）

i+j
      1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1100（补码）
 +    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010（补码）
  ————————————————————————————————————————————————————————
 =    1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110            

（2）取数据，%d有符号十进制输出，

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 （原码）
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101 （-1）
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 （取反）

1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 有符号十进制输出为-10.

答：-10.

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五、输出什么？

#include
#include

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

解题思路:
这题数据肯定有一个存储和读取的过程，读取时我们需要看变量的自身类型，很明显i是无符号char型，也就是说，从i中拿到的值将全部为正数且>=0,始终满足for循环的条件，所以此题为死循环。

答：死循环。

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六、输出什么？

#include
#include

unsigned char i = 0;

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

解题思路：
这道题和上一题是一个题型，i的值要读取，看其类型，为无符号char型，i的取值只能是0-255，一直满足for循环的条件，为死循环。

答：死循环。

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七、输出什么？

#include
#include

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

解题思路：
（1)它最后要输出的是数组长度，那最开始我们已经定义了数组长度100，所以它肯定不是单纯的求a数组长度，我们知道，char遇到\0表示字符结束，而\0的ASCII码刚好也是0，所以说，再遍历数组的时候，一定会碰到0，这是结束，取出i。
（2）遇到0是在哪个情况呢，因为char的取值为-128~127，从-1开始直到-18，比如说我们现在是1111 1111（-128）-1=1111 1110（127），此时我们继续循环，1111 1110一直减一，127次后变为0000 0000，遍历结束！

答：128+127=255

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