数据在内存中的存储（详细版）

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一、整型在内存中的存储

（32位系统）

在VS2013中，使用调试->窗口->内存，来观察内存的具体情况。

让我们通过内存窗口来看看整型在内存中的存储，
定义一个整形变量int a= 10;。

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注意：可以在地址栏中使用&来找到目标变量的内存情况。

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a的地址：0x00EFF980

int型在内存中是以4个字节为单位存储的，内存中用16进制表示。可以看到a的值为0a（16进制），换算成十进制就是10。

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1、字节序

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8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit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果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。

（1）小端字节序

小端（存储）模式：
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。

我们输入一个十六进制数，来观察一下在内存中的情况

int a = 0x11223344

可以看到高位11保存在内存的高地址中，低位44保存在内存的低地址。

（2）大端字节序

大端（存储）模式：
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。

int a = 0x11223344;

以上例子在大端字节序中的存储是这样的：
在日常生活中，大部分的pc都是使用小端字节序。

（3）写一个程序判断是否为大端字节序

规定：返回0不是，返回1是。

#include 
int isBigEnd(int a) {
     
	int* p = &a;
	char* p2 = (char*)p;
	if (*p2 == 0x11) {
     
		return 1;
	}
	return 0;
}
int main()
{
     
	int a = 0x11223344;
	printf("%d\n", isBigEnd(a));
	system("pause");
	return 0;
}

2、原码补码反码

计算机中的符号数有三种表示方法即原码、补码、反码。正数的原、反、补码都相同。
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”，而数值位三种表示方法各不相同。

原码：直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。

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了。

补码：反码+1就得到补码。

（1）补码

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
-10在内存中的存储：
在内存中我们可以看到在内存的存储的值为 f6 ff ff ff 。

在上面已经为大家介绍了小端字节序，因为我的计算机是小端字节序。
所以它的值就为ff ff ff f6。

用二进制的方式表示：
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110
-10的原码：
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
-10的反码：
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101
-10的补码（反码+1）：
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110

可以看到和上面ff ff ff f6转换成二进制的结果相同。

（2）补码的意义

为什么对于整形来说，数据存放内存中其实存放的是补码呢？

   数据存放内存中其实存放的是补码在计算机系统中，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。

补码存在的意义就是让硬件实现简单。

比如：把负数按补码表示，可以统一±为+。
例子：
1-10=1+（-10）

二、浮点型在内存中的存储

1、浮点型

根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会），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。
举例来说：
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。

M占用的比特位越多，数据精度越高。
E占用的比特位越多，数据范围越大。
所以在实际开发中使用double较多。

2、浮点数的比较

使用这种方式来存储的时候，会带来一个很大的问题，保存的小数往往不是一个精确值，而只是一个近似值。

示例：

#include 
int main()
{
     
	float a = 11.0;
	float b = a / 3.0;
	if (b * 3.0 == a) {
     
		printf("相等!\n");
	} else {
     
		printf("不相等\n");
	}
	system("pause");
	return 0;
}

实际上11.0/3.0*3.0肯定等于11.0。
但是我们看看运行结果：
所以，浮点数在内存中存储的时候，很多时候是有误差的。

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正确的比较方法：

使用做差的方法，然后判断差值是不是在允许误差范围内，如果在的话，就相等。

#include 
#define N 1e-4
int main()
{
     
	float a = 11.0;
	float b = a / 3.0;
	if (b * 3.0 - a < N && b * 3.0 - a > -N) {
     
		printf("相等, 此处不是严格相等, 而是允许误差\n");
	} else {
     
		printf("不相等\n");
	}
	system("pause");
	return 0;
}