C语言——数据在内存中的存储
本章重点
1. 数据类型详细介绍
2. 整形在内存中的存储：原码、反码、补码
3. 大小端字节序介绍及判断
4. 浮点型在内存中的存储解析
目录
1. 数据类型介绍
1.1 类型的基本归类
2. 整形在内存中的存储
2.1 原码、反码、补码
2.2 大小端介绍
2.3 练习
3. 浮点型在内存中的存储
3.1 一个例子
3.2 浮点数存储规则
1. 数据类型介绍
前面我们已经学习了基本的内置类型：
以及他们所占存储空间的大小。
其中int表示的数据范围：
short表示的数据范围：
char表示的数据范围：
类型的意义：
1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
2. 如何看待内存空间的视角.
1.1 类型的基本归类
整形家族：
浮点数家族：
构造类型：
构造类型也是自定义类型
指针类型
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
我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。
那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？
下来了解下面的概念：
2.1 原码、反码、补码
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
正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。
原码
直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。
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反码。
补码
反码+1就得到补码。
以10和-10为例，我们来写出它的原码，反码和补码：
4个字节有32个比特位，因此一个int类型有32个二进制位
10：
-10：
通过调试，我们可以看到10和-10在内存中的存储（以16进制的形式）：
可以证明内存中存的是补码，而且是倒着存放的
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。
假设我们用原码来计算1-1，可以发现结果是错的：
用补码的方式来计算：
2.2 大小端介绍
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。
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。
百度2015年系统工程师笔试题：
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）
//小端返回1 大端返回0
int check_sys()
{
int a = 1;
if (*(char*)&a == 1)
return 1;
else
return 0;
}
int main()
{
int sz = check_sys();
if (sz == 1)
{
printf("小端存储");
}
else
{
printf("大端存储");
}
return 0;
}2.3 练习
1.下面代码输出结果是什么：
分析：
最终输出结果：
2.下面代码输出结果是什么：
分析：
3.下面代码输出结果是什么：
分析：
4.下面代码输出结果是什么：
分析：
5.下面代码输出结果是什么：
这段代码会输出一个无限循环，因为无符号整型 i 的取值范围是 [0, 2^32-1]，而当 i 等于 0 时，i-- 会导致 i 变成 2^32-1，而不是 -1。因此，循环条件 i >= 0 总是成立，导致无限循环。
6.下面代码输出结果是什么：
7.下面代码输出结果是什么：
结果是死循环的打印”hello world"
原因：unsigned char 表示的范围为0~255
由于i是无符号字符型变量，所以当它的值达到255时会发生溢出，i的值会从255变为0，程序会一直循环输出"hello world"，这个过程会一直持续下去。
3. 浮点型在内存中的存储
常见的浮点数：
3.14159
1E10 浮点数家族包括： float、double、long double 类型。
浮点数表示的范围：float.h中定义
3.1 一个例子
#include
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;
} 程序输出结果：
3.2 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。
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。
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0~255；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。
以5.5为例：
我们在VS编译器上验证一下：
我们可以发现5.5在内存中的存储方式和我们分析出来的是一样的 。
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:
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）；
以上就是浮点数的存储规则了。我们再来回顾之前那段代码：
