C语言深度剖析数据在内存中的存储

数据类型介绍

整形家族：有符号和无符号

char //字符数据类型
	unsigned char
	signed char
short //短整形
	unsigned short [int]
	signed short [int]
int //整形
	unsigned int
	signed int
long //长整形
	unsigned long [int]
	signed long [int]
	

浮点型家族：

float //单精度浮点型
double //双精度浮点型

构造类型：

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

指针类型 空类型：

void 表示是空类型
常用语函数返回值类型、函数参数、指针类型

上面将来这些常用的数据类型，但是这些数据类型有什么用处呢？
数据类型的意义：

1. 使用对应类型决定了开辟空间的大小
2. 如何看待内存空间的视角

整形在内存中的存储

我们可以知道，声明创建一个变量就要在内存中为其开辟空间，变量的类型决定了开辟多大空间。但是对变量中的数据在内存空间是如何存储的却不知道？

先来说一下：原码、反码、补码
计算机中有符号数有三种表示方法，即原码、反码、补码，这三种方法均有符号位和数值位两个部分，符号位正负用0/1表示，而数值为三种方法各不相同。

原码：直接将数按照二进制正负数的形式翻译成为二进制就是原码；
反码：就是将原码符号位不变，数值位一次按位取反，就是反码
补码：给反码 +1就是补码，
注意：正数的原码、反码、补码都是相同的；

对于整形来说：数据在内存中都是以补码的形式进行存储的；

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

我们根据a和b存储的补码，和我们转换过的补码顺序有点不一样？这里就要就要引出大小端了
大小端(存储)介绍：

大端存储模式：指的是将数据的地位存储在内存的高地址中，将数据的高位存储在内存的低地址中；
大端存储模式：指的是将数据的地位存储在内存的低地址中，将数据的高位存储在内存的高地址中；

关于详细的大小端请在我另外一篇博客中查看大小端（存储）模式辨析

浮点型在内存中的存储

根据国际标准，任意一个二进制浮点数都可表示成下面的形式：

(-1)^S * M * 2^E
(-1)^S 表示符号位，s = 0 为正 s = 1为负
M表示有效数字，大于1小于2
2^E表示指数位
举栗子1： 十进制5.0，写成二进制101.0，相当于1.01x2^2。可退出S = 0, M = 1.01,E=2
举栗子2： 十进制-5.0，写成二进制-101.0，相当于-1.01x2^2。可退出S = 1, M = 1.01,E=2

IEEE 754规定：对于32位浮点数，最高1位是符号位S，下来是8位指数位E,剩下为23位有效数M。

IEEE 754规定：对于64位浮点数，最高1位是符号位S，下来是11位指数位E,剩下为52位有效数M。

IEEE745其中对有效数字M和指数E，有一些特殊要求
有效数M：1<=M<2,M可以写成1.xxxxxxx。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

指数E： 情况就比较特殊
首先E是一个无符号整数，如果E是8位 其取值范围 0 - 255；如果E是11位 其取值范围0 - 2047.但是我们可知科学计数法中E可能出现负数，所以**IEEE754规定 ：存入内存时E的真实值必须加还加上一个中间数，对于8位的E，中间数是127；对于11位的E，中间数1023.**例如：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从内存中取出时可以分为三种情况：
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。 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

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）

1、为什么0x00000009还原成浮点数就成了0.000000？

9的二进制：00000000 00000000 00000000 00001001
拆分成:S = 0, E = 00000000, M = 0000000 00000000 00001001

由于E全为0，此时浮点数V表示为：V = (-1)^0 x 0000000 00000000 00001001 x 2^(-126) 
= 1.001 x 2^(-146)显然很接近0，十进制小数表示就是:0.000000

2、浮点数9.0，如何用二进制表示？还原成十进制又是多少？

浮点数9.0二进制:1001.0，即1.001 x 2^3;S = 0,E = 3+127,M=1.001
所以二进制表示为：0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000