带你深度认识数据在内存中的存储【c语言】

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

类型的意义

使用这个类型开辟空间的大小（大小决定了使用范围）
如何看待内存空间的视角

类型的基本归类

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]

---

补充：char 到底是signed char 还是unsigned char 是取决于编译器的，不过常见的编译器下，char 是signed char
short 默认是signed short
int默认是 signed int
long 默认是signed long

浮点数家族

float
double

构造类型

• 数组类型

int arr[10] 中的 int [10] 就是数组的类型

• 结构体类型

struct

• 联合类型

union

指针类型

int pi;
char pc;
float pf;
void pv;

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

整形在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的，空间的大小是要根据不同的类型决定的。

计算机中的整数有三种2进制表示方法，即原码、反码和补码。
三种表示方式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”，而数值位正数的原码反码补码相同
正整数：原码、反码、补码相同
负整数：原码、反码、补码要进行计算的

原码、反码、补码

按照数据的数值直接写出的二进制序列就是原码

---

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。

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反码+1就得到补码。

---

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。

大小端字节序

大端字节序：
把数据的低位字节序的内容存放在高地址处，高位字节序的内容存放在低地址处
小端字节序：
把数据的低位字节序的内容存放在低地址处，高位字节序的内容存放在高地址处

那我们如何检验自己的机器是小端字节序还是大端字节序？我们可以设计一个代码

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

---

练习

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

有符号的char的取值范围是-128~127

---

无符号char取值范围是0~255 ，无符号数没有原码反码补码的概念，内存中存的值就是它的真实值，就是原码。

浮点型在内存中的存储

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。

比如浮点数5.5——10进制
5.5转换为二进制写成101.1 还可以写成1.011*2^2
那么根据上述规则可以推出 S=0 M =1.011 E =2

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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。

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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。

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IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定:

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。

---

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到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。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

int main()
{
	float f=  5.5f;
	//101.1
	//1.011*2^2
	//s=0 M= 1.011 E = 2 
	//根据规则 可得到 s=0 M =011 E =2+127
	//01000000101100000000000000000000
	return 0;
}

---

将二进制转换为16进制 40 b0 00 00

上述所涉及到的内容都是放进去，那么怎么拿出来？
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）

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