C语言——数据在内存中的存储
深度学习数据在内存中的存储
- 一、数据类型分类
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- 1.1 整型家族（可声明头文件limits.h查看表示范围）：
- 1.2 浮点型家族（可声明头文件float.h查看表示范围）：
- 1.3 构造类型（自定义类型）：
- 1.4 指针类型：
- 1.5 空类型：
- 二、整型在内存中的存储
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- 2.1 原码、反码、补码
- 2.2 大小端介绍
- 三、浮点型在内存中的存储
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- 3.1 浮点数
- 3.2 浮点数的存储规则
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- 3.2.1 详细解读
- 3.2.2 浮点数的存取（IEEE 754规定）
- 剖析案例
目录·：
我们在这篇博文（第二节第1个内容： 关键字详解）已经介绍了数据类型，为了更加深刻去理解数据类型，我写了这篇博客。相信大家看完这篇文章，肯定会对数据有更深层次的理解。
一、数据类型分类
1.1 整型家族（可声明头文件limits.h查看表示范围）：
char（字符型，字符存储的时候是ASCII码值，是整型，所以归类的时候放在整型家族里）：
unsigned char（无符号字符型）
signed char（有符号字符型）
short（短整型）：
unsigned short [int]
signed short [int]
int（整型）:
unsigned intt
signed int
long（长整型）：
unsigned long [int]
signed long [int]
1.2 浮点型家族（可声明头文件float.h查看表示范围）：
float（单精度浮点数）
double（双精度浮点数）
1.3 构造类型（自定义类型）：
数组类型：
int arr1[10]它的数组类型是 int [10]
结构体类型
枚举类型
联合类型
1.4 指针类型：
int* p
char* p1
float* p2
void* p3
1.5 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。
二、整型在内存中的存储
一个变量的创建是要在内存中开辟空间的，空间的大小是根据不同类型而决定的。
2.1 原码、反码、补码
计算机中的整数数据有三种二进制表示方法，即原码、反码和补码。
三种表示方法都有符号位和数值位两部分，符号位为‘0’表示真，符号位为‘1’表示假，且数值为正数时，原、反、补码都相同。
数值为负数时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转换为二进制，就可以得到原码。
反码
将原码的符号位不变，其它位依次按位取反可得到反码。
补码
在反码的基础上+1，就可以得到补码
对于整型来说：数据在内存中存放的是二进制补码
图示:
扩展：为什么数值用补码的形式进行存储？
因为在计算机系统中，使用补码，可以使符号位和数值位统一处理；同时，加法和减法也可以统一处理（cpu只有加法器）；此外，补码和原码可以相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。（本质上存储的是二进制，但在vs上为了更好的展示，显示的是十六进制）
2.2 大小端介绍
什么是大小端：
1）字节序—以字节为单位，确定存储顺序。
2）
- 小端字节序存储：把一个数据的低字节的内容，存放在低地址处，高字节的内容，存放到高地址处。
- 大端字节序存储：把一个数据的低字节的内容，存放到高地址处，高字节的内容，存放到低地址处。
如图：
为什么有大小端之分？
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， 1个字节为8 bit。 但是在C语中除了8 bit的char型之外，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1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。
小端模式：我们常用的x86结构是小端模式；ARM，DSP也是小端模式。
大端模式：KEIL 、C51，有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式。
如何判断当前机器的字节序：
思路：先取一个整数变量的地址，然后强制类型转换为char*，在解引用，就可以取出内存中低地址的内容。然后判断大小端。
#include案例1：
//输出什么?
#include 可以看出-1先以四个字节的二进制的形式表示，然后进行原、反、补转换，然后截断赋值给变量a，打印的时候，先按照原来的类型的符号位进行整型提升，然后根据打印的格式进行原、反、补转换。
测试：
案例2：
#include 测试：
案例3：
#include 测试：
总结：不难看出在打印的时候，按照原类型的符号进行整型提升，然后根据打印的格式进行打印
案例4：
#include 测试：
案例5：
#include 测试：
三、浮点型在内存中的存储
3.1 浮点数
常见的浮点数：
3.1415
1E10
浮点数家族包括：
float、double、long double
如：
1234.56
可以写成1.23456*10^3
小数点可以浮动，所以叫浮点数
- 整数的数值在内存中存进去之后，以整型形式和浮点型形式从内存中取出的结果不一样
- 整型的存，那么就整型的取
- 浮点型的存，那么就浮点型的取
3.2 浮点数的存储规则
3.2.1 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都可以表示下面的形式：
- （-1）^S * M *2^E
- (-1)^S表示符号位，当S=0时，V为正数，当S=1时，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
如：
浮点数5.5
V=5.5
二进制形式;101.1
科学计数法：（-1）^0 *1.011 *2 ^2
S=0;M=1.011;E=2
32位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的8位是指数位E，剩下的是有效位M。
65位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数位E，剩下的是有效位M。
3.2.2 浮点数的存取（IEEE 754规定）
以32位浮点数为例：
1）有效数字M
1≤M<2，也就是说，M可以写成1. xxxxx的形式，其中xxxxx表示小数部分。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。等到读取的时候，再把第一位的1加上去。这样做的目的，可以节省1位有效数字。留给M的有23个有效位，将第一位舍去，就可以保存24位有效位
2）指数位E
E为无符号整数(unsigned int)
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) 。因为科学计数法中的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，即存入10001001。
指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：
- 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，有效数字M加1. - 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和-0,，以及更接近于0的很小的数字。 - E全为1
这时，有效数字M全为1，表示-无穷大和+无穷大（正负取决于符号位S）。
剖析案例
#include 打印的结果：
分析：
#include
int main()
{
int n = 9;
//00000000 00000000 00000000 00001001补码
float * pfloat = (float*)&n;
printf(“n的值为：%d\n”, n);
printf(" * pfloat的值为：%f\n", * pfloat);
//S=0,E=00000000,M=00000000000000000001001
// 科学计数法表示
//因为指数E全为0，所以浮点数V就写成：
// （-1） ^0 * 0.00000000 00000000 0001001 * 2 ^( -126)=1.001*2^(-146)无限趋于0的一个数字
*pfloat = 9.0;
//9.0转化为二进制：1001.0，转换为科学计数法形式：（-1） ^ 0 * 1.001 * 2 ^ 3
//其中S=0,M=1.001,E=3
//存入到内存：0 10000010 00100000000000000000000
printf(“n的值：%d\n”, n);
//01000001 00010000 00000000 00000000打印的时候是个非常大的数字
printf(“&pfloat的值：%f\n”, *pfloat);
return 0;
}