深度剖析数据在内存中的存储（上）

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
1.1类型的基本归类：

char char虽然是字符类型，但是字符类型存储的时候，存储的是字符的ASCII码值，ASCII值是整数

unsigned char

signed char

short

unsigned short [int]

signed short [int]

int

unsigned int

signed int

long

unsigned long [int]

signed long [int]

为什么要区分有符号或者无符号？因为生活中我们在描述的时候例如一个人的身高，年龄肯定就是无符号的了，温度就有正有负为无符号的。

short—2byte-16bit

0000 0000 0000 0000

0000 0000 0000 0001

0000 0000 0000 0010

..................................

1111 1111 1111 1111

如果是有符号的数据，最高位是符号位，最高位是0，表示正数，最高位是1，表示负数

如果对于无符号数来说，最高位也是数据位不是符号位

int short，在创建的时候如果没标明是unsigned 类型就默认signed类型，但是char类型没说我们就不确定有符号无符号，这个取决于编译器。

浮点数家族：

float

double

构造类型：（也可以叫自定义类型）

> 数组类型（int arr[10];类型是：int [10])

> 结构体类型 struct

> 枚举类型 enum

> 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

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。

int a = 20;

int b = -10

2.1 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

整数可以写出三种2进制形式

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

 

通过内存监控也可以看出是ff ff ff f6 

那么为什么内存中存的是补码呢？

cpu中只有加法器，那怎么算减法呢？
1-1<=>1+（-1）

乘法跟除法无非也是多加几次或者多减几次

1：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

-1：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

sum：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010

这里得到到结果是-2，但是1-1的结果应该是0，这里明显的计算错误了

我们看看补码的计算效果：
1：正整数原反补都一样

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  0001

-1：

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

此时计算1-1

10000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

这时1是超出范围的，得出结果的时候这个值就丢了于是得到了

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 

此时我们发现结果正确了

拓展：

signed char一个字符是1个byte->8个bit

0000 0000 解析：  0

0000 0001              1

0000 0010              2

.................

0111 1111                127 

..................

1000 0000       解析的时候由于这个负数不能直接减一，所以直接解析位-128

1000 0001  先-1，再取反：1000 0000-1111 1111 ：-127

.................

1111 1111    解析：1111  1110-1000 0001：-1

所以一个有符号的char存的值的范围只可能是：-128~~127

如果是unsigned char范围就是：0~255

如果unsigned和signed混用会有什么后果

%u：打印无符号数，意思是要打印的一定是无符号数，不是无符号数，我也认为是无符号数

-10：

原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010

反码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101

补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110

如果是unsigned int我们就认为他没符号位，

所以我们认为他的原码就是1111 1111 1111 1111  1111 1111 1111 0110使用计算器

答案正好是这个结果

%d：是打印有符号数，意思是要打印的一定是有符号数，不是有符号数，我也认为是有符号数

现在我们在谈一下数据储存为什么是倒着存储？

这里就涉及一个问题叫做大小端， 

2.2 大小端介绍;（全称叫做大小端字节序存储）

什么大端小端：

比如说一个整型 16进制：0x 11 22 33 44（4个字节）一个16进制位可以转化为四个二进制位，两个16进制位可以转化为8个二进制位。

乱序的储存逻辑太复杂了，我们经过思考只留下了这两种存储排序。

第一种存储方式我们称为：大端字节存储：

第二种存储方式我们称为：小端字节存储：

是按照字节为单元来存储。

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8bit。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。

例题：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

int main()
{
    int a = 1;
    //补码;0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
    //16进制: 0   0   0     0    0    0    0   0     1
    //=>0x 00 00 00 01
    char*p=(&a);
    if (*p == 1)
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }
    return 0;
}

 //输出什么？
int main()
{
    char a = -1;
    //-1的原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
    //-1的反码:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110
    //-1的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
    //这里是char(1个字节=8个bit位）
    //1111 1111 打印不够一个整型怎么办？
    signed char b = -1;
    unsigned char c = -1;
    printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
    //当我们打印a的时候，发生整型提升
    //整型提升补的原来的符号位
    //补完之后：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
    //打印是有符号数，这是补码，打印是打印原码，得到原码
    //1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001(-1)
    //char b跟a思路相同
    //c：
    //-1的原码：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
    //-1的反码:1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110
    //-1的补码：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
    //char c：1111 1111，整型提升，补满之后
    //0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111（对于无符号数直接补0）
    //这里按照%d打印，这个是正数，补码就是原码
    //输出结果为255
    return 0;
}