【C语言】整，浮点型数据存储，大小端。细节拉满！！

目录

一. 整型

1. C语言内置整型家族

类型的意义：

2.整型在内存如何存储的呢？

3.  原码，反码， 补码

原码

反码

补码

4. 当 整型遇上unsigned 会发生什么呢？

1. unsigned 与 signed 解析

2. printf 输出 有无符号数解析

3. 小试牛刀

二. 浮点型

1.  浮点型与整型在存储上的区别

2. 常见的浮点类型

1.  浮点数——存

（1） S区

（2）M区

（3） E区 将会复杂一些

2.  浮点数——取

（1.  E 不全为 1 或 0

（2.  E 全为 1

（3.  E 全为 0

3.  让我们回到浮点型小节开头的题目

三. 数据计算（简述）

四.大小端字节序存储

1.  什么是大小端？

2. 为什么有大端和小端

3. 通过函数判断机器大小端

结语

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一. 整型

1. C语言内置整型家族

char 1Byte

int 4Byte或2Byte

long 4个Byte或8Byte

long long 更长整型

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

2.整型在内存如何存储的呢？

我们知道类型决定了开辟内存的大小，计算机为 a 分配四个字节的空间。 那如何存储？

int a = 10;
int b = -20;

3.  原码，反码， 补码

计算机中所有的数据都是由二进制存储，其中符号数有三种表示方法，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。

***正数的原、反、补码都相同。

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，操作简单。

（计算机补码相加，若超出类型范围，结果可能由正数变为负数，负数变正数，原因是：

计算机会保留低位，高位保留）。

比如 完成char 类型 1 - 1

...
 char a = 1;
 char b = -1;
printf("%d", a + b);

内部逻辑：先将1转化为补码（原，反，补一样）形式保存到内存中，-1转化为补码存至内存。然后以补码形式完成计算，最后将结果转化回原码，并以有符号整型，输出数据。

4. 当 整型遇上unsigned 会发生什么呢？

1. unsigned 与 signed 解析

这里用char 举例，我们知道char 等价于 signed char, 原码中首位是符号位，当char被unsigned修饰, 首位就不再是符号位，而是可以表示数据了，那么表示正数的个数扩大一倍。

有符号：

无符号：

2. printf 输出 有无符号数解析

#include

int main()
{
    unsigned int b = -10;
    printf("%u\n", b); // 4294967286
  // 输出时，计算机认定是无符号型，把补码直接解析(正数，原 = 反 = 补码)。
    printf("%d", b);   // -10
  // 输出时，计算机认定是有符号型，先要判断正负，负则需要转化，所以结果为-10。
    return 0;

结果：

3. 小试牛刀

//输出什么？
#include 
int main()
{
    char a= -1;
    signed char b=-1;
    unsigned char c=-1;
    printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);// 输出是-1，-1，255
    return 0;
}

解析一下结果-1：（char 等价于 unsigned)

结果255的解析：

逻辑总结：

首先将数据转为补码，然后给变量，如果输出以更大位输出，这是需要位提升（这个取决于保存的类型和输出形式）。

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二. 浮点型

1.  浮点型与整型在存储上的区别

1. 浮点型没有整型的原码，反码，补码概念
2. 浮点型对数据进行分区存储。

2. 常见的浮点类型

float             // 单精度

double         // 双精度

long double    

当我们需要知道浮点型范围我们可以，调用头文件 float.h （整型范围在 limits.h头文件中）

关于浮点型存储，先让一个例子开头：

int main() 
{ 
 int n = 9; 
 float *pFloat = (float *)&n; 
 printf("n的值为：%d\n",n);  //      结果： 9
 printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);//  0.000000

 *pFloat = 9.0; 
 printf("num的值为：%d\n",n);          //  1091567616
 printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);//  9.000000
 return 0; 
}

不知道大家是否答对？下面让我们了解浮点型存储方式

1.  浮点数——存

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. (-1)^S * M * 2^E
2. (-1)^s表示符号位，当s=0，V为正数；当s=1，V为负数。
3. M表示有效数字，大于等于1，小于2。
4. 2^E表示指数位。

举例来说：

1. 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。
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

对于float的32位类型，存储图如下

double的64位，图如下：

（1） S区

存储符号位 （-1）^ S，如 1.3，-1.0，所以最S分别是 0， 1。

（2）M区

我们知道根据IEEE的规定，浮点数转为二进制后，11.011* 2^2,M保存.011,这样提高了数据的精度，可以保存24位，53位的有效数字。 

（3） E区 将会复杂一些

E区存储为无符号整型（unsigned int），这意味8位的范围是0~255, 11位范围是 0~ 2047,但我们知道E也存在负数形式，那怎么保存呢？ IEEE规定E原始数需要加上一个中间数再保存，8位E，加上127；11位的E加上1023，如：10 + 127 = 137，E = 1000 1001。

2.  浮点数——取

（1.  E 不全为 1 或 0

这时，浮点数就采用下面的规则表示，即

1. 指数E的计算值减去127（或1023），得到真实值。
2. 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，E表示为01111110，S 为 0，M为00000000000000000000000 ，则其二进制表示形式为:

0 01111110 00000000000000000000000

（2.  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）；

（3.  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.  让我们回到浮点型小节开头的题目

int main() 
{ 
 int n = 9; 
 float *pFloat = (float *)&n; 
 printf("n的值为：%d\n",n);  //      结果： 9
 printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);//  0.000000

 *pFloat = 9.0; 
 printf("num的值为：%d\n",n);          //  1091567616
 printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);//  9.000000
 return 0; 
}

解析如下

int main()
{
    int n = 9;
    float* pFloat = (float*)&n;
    printf("n的值为：%d\n", n);  //      结果： 9
    // 整型补码  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
    printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//  0.000000
    // 以浮点型存储视角来看
    // 0 00000000 00000000000000000001001
    //->  (-1)^(0) * 0.00000000000000000001001 * 2 *(-126)

    *pFloat = 9.0;
    // 9.0二进制 1001.0->  S = 0, E = 3, M = .001
    // 所以其浮点数二进制为 0 10000010 00100000000000000000000  然后给 n 
    printf("num的值为：%d\n", n);          //  1091567616
    // 将n内的数据以有符号整型输出(说白了就是以整型输出法则输出数据)
    // 所以就是这么大的数
    printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//  9.000000
    // 数据本身是以浮点型存储，然后以浮点型方式取出，E = 130 - 127,M 的头添上个一
    // (-1)^(0) * (1.001) * 2^(3) 所以结果为 9.000000(float类型默认保存小数点后6位)
    return 0;
}

结论：计算机整型数据以 浮点型输出可能会发生错误，浮点型数据 以 整型数据输出也会发生错误。

三. 数据计算（简述）

但，你存储跟我计算有毛子事？！

计算机在对待不同数据类型时，会首先将数据自动转化，保证数据为同一类型，再进行计算，由于只是完成本次运算，因此转化只是临时数据（强制转化也是），不改变原始数据类型；

计算机为了保证数据精度，所以只会由低位向高位自动转化，如图：

可以自动进行的类型转换一般风险较低，不会对程序带来严重的后果，例如，int 到 double 没有什么缺点，float 到 int 顶多是数值失真。只能强制进行的类型转换一般风险较高，或者行为匪夷所思，

例如，char * 到 int * 就是很奇怪的一种转换，这会导致取得的值也很奇怪，再如，int 到 char * 就是风险极高的一种转换，一般会导致程序崩溃。（一般验证某些算法，内存调试）

使用强制类型转换时，程序员自己要意识到潜在的风险。

关于数据计算这里不做太多讲解。

四.大小端字节序存储

1.  什么是大小端？

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。

不多说上图：

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。

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。

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. 通过函数判断机器大小端

思路：通过取的第一个字节的内容，如果为1则为小端，为0则为大端。

#include
int main()
{
    int a = 1;
    if (*(char *)&a) // char类型占一个字节，将a地址抢转为char类型指针，
//然后解引用得出里面的值要么为1，要么为0.
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }
    return 0;
}

让我们看内存中的前4列，机器确实是小端。（机器方便展示，将二进制转化为16进制的数）

结语

本小节就到这里了，感谢小伙伴的浏览，如果有什么建议，欢迎在评论区评论；如果给小伙伴带来一些收获请留下你的小赞，你的点赞和关注将会成为博主创作的动力。