深度剖析C语言中数据在内存中的存储

1.数据类型介绍

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

基本类型的归类

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

2.整形在内存中的存储：原码、反码、补码

计算机中的整数有三种表示方法，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

负整数的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
反码加1就得到了补码。

正数的原、反、补码都相同。

例如

//00000000 00000000 00000000 00001010（这就是10在内存中存储的方式）
//因为int类型占用四个字节，一个字节是8个bite位
int a = 10;

//10000000 00000000 00000000 00001010（-10的原码）
//11111111 11111111 11111111 11110101（-10的反码）
//11111111 11111111 11111111 11110110（-10的补码）
int b = -10;

在内存的存储当中，是以补码存储的。所以我们在vs2013可以通过内存来看10和-10的存储方式是什么样的。

我们来写一段代码：

#include
int main()
{
     
	int a = 10;
	int b = -10;
	return 0;
}

然后我们进行观察：操作如下

得到a的内存是这样的：

得到b的内存是这样的：

我们可以发现，这和我们直接写的二进制表示数字的顺序是相反的。由此我们就要引出一个大小端的概念。

3.大小端字节序介绍及判断

1.什么大端小端

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。

2.为什么有大端和小端

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。

3.百度面试题

请简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个小程序来判断当前机器的字节序。（10分）

第一种方法解答：

#include 
int check_sys()
{
     
	int i = 1;
	return (*(char *)&i);
}
int main()
{
     
	int ret = check_sys();
	if(ret == 1)
 	{
     
 		printf("小端\n");
 	}
 	else
 	{
     
 		printf("大端\n");
 	}
 return 0; 
 }

第二种解答方法：

int check_sys()
{
     
 union
 {
     
 	int i;
 	char c;
 }un;
 un.i = 1;
 return un.c; 
 }

4.浮点型在内存中的存储解析

我们知道了整数的存储方式，那浮点数的存储方式是什么样的呢？

下面我们先看一段代码：

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; 
 }

输出结果：

浮点数存储规则

num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？要理解这个结果，一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。

详细解读：

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。

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。
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0255；如果E为11位，它的取值范围为02047。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。
然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

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。

解释前面的题目：

下面，让我们回到一开始的问题：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。

9 -> 0000 0000 0000 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：
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？
首先，浮点数9.0等于二进制的1001.0，即1.001×2^3。

9.0 -> 1001.0 ->(-1)^01.0012^3 -> 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

我们可以按Win + R 然后输入calc：

打开程序员计算机将这个32位的二进制数，还原成十进制，正好就是打印出来的数。

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