深度剖析数据在内存中的存储（C语言）

@[目录]

目录

#数据类型详细介绍

数据类型介绍

整型家族归类： 

浮点型家族归类:

构造类型：

指针类型:

 空类型:

#整型在内存中的存储

#大小端字节序存储

#浮点数在内存中的存储

为什么会这样？

一：不是全0也不是全1

二：全0

三：全1

---

#数据类型详细介绍

数据类型介绍

char          //字符型            // 1字节

short         //短整型            // 2字节 

int             //整型               // 3字节

long          //长整型            // 4字节或8字节    // C规定大于等于int

long long   //更长的整型     // 8字节

float          //单精度浮点型  // 4字节

double      //双精度浮点型   // 8字节

整型家族归类： 

signed char         // char这里不能确定是有符号的，C语言没有明确规定

unsigned char

signed short        // 等同于short

unsigned short   

signed int            // 等同于int

unsigned int       

signed long         // 等同于long

unsigned long

浮点型家族归类:

float

double

构造类型：

结构体类型

枚举类型

共用体类型（联合类型）

自定义类型

指针类型:

int* pi

char* pc

long* pl

short* ps

float* pf

double* pd 

 空类型:

void       //函数中 example:   void  reverse();

void*

#整型在内存中的存储

计算机中对整型数据的存储采用二进制（注意计算机中数据都存为补码的形式）

原码：将数值翻译成二进制就是原码

反码：正数同原码，负数符号位不变，其他位取反，0变1,1变0

补码：正数同原码，负数为其反码＋1

对signed类型的数据来说有数值位和符号位一说，对于unsigned类型的数据来说只有数值位

符号位是在二进制的最高位上，short 2个字节,16个bit位，最左边那一位就是符号位，0为正，1为负，存储数据大小范围是 -32768 ~ 32767.那么为什么负数不是-32767呢？

int main()
{
	//  1的原码：00000000 00000000 00000000 00000001 
	//  short类型16个bit位，所以会发生数据的截断，从低位开始截断
	//  所以a中数据原码和补码为 00000000 00000001 
	short a = 1;


	//  1的原码：00000000 00000000 00000000 00000001
	//  1的补码：00000000 00000000 00000000 00000001
	// -1的反码：11111111 11111111 11111111 11111110
	// -1的补码：11111111 11111111 11111111 11111111
	//  b的原码：00000000 00000001
	//  b的补码：11111111 11111111
	short b = -1;

	//那么接下来就可以看一下-32768和32767了
	// 32767原码：01111111 11111111 只有十五个数值位，最左边一位是符号位
	// 32767补码：01111111 11111111
	 
	//-32767原码：11111111 11111111 
	//-32767补码：10000000 00000001
	 
	//那么-32768怎么来的呢？
	//发现了吗，是不是有一个补码没有用上？似乎没有值对应啊？
	//是的，补码10000000 00000000，所以C语言就给它规定了一个值，就是-32768
	//于是就有了short能存的数据大小范围，int，char，long也是同理的。
	return 0;
}

那么为什么计算机中，对正数和负数都存补码呢，其实是为了方便计算。 

int main()
{
	int a = 1;
	int b = -1;

	//进行a+b的运算
	// 
	// 若存储原码：
	// a的原码：00000000  00000000  00000000  00000001
	// b的原码: 10000000  00000000  00000000  00000001
	//    a+b：10000000  00000000  00000000  00000010  
	//    结果为-2，当然不对了
	// 
	// a的补码 00000000  00000000  00000000  00000001
	// b的补码 11111111  11111111  11111111  11111111 
	//   a+b  00000000  00000000  00000000  00000000
	//   结果为0

	return 0;
}

#大小端字节序存储

大端字节序存储：数据的低位(字节序的内容)存储在内存的高地址处，而数据的高位(字节序的内容)存储在内存的低地址处。

小端字节序存储：数据的低位(字节序的内容)存储在内存的低地址处，而数据的高位(字节序的内容)存储在内存的高地址处。

废话不多说，上图：

 所以我所用的编译器是小端存储，低位的44存在了低地址处。

#浮点数在内存中的存储

先来一个引例;

#include 

int main()
{
	int n = 6;
	float* pf = (float*)&n;

	printf("%d\n", n);    // 6
	printf("%f\n", *pf);  // 0.000000

	*pf = 6.0;
	printf("%d\n", n);    // 1086324736
	printf("%f\n", *pf);  // 6.000000

	return 0;
}

为什么会这样？

这就是因为浮点数在内存中的存储方式和整数不同的原因，所以以不同的方式存储和和从内存中读取出来的数据是截然不同的。

在浮点数的存储方式中，首位是符号位，对float来说，接下来8位为指数位，剩下的23位为有效数字位，对double来说，11位指数位，剩下52位是有效数字位。

按照国际标准IEEE754任意一个浮点数可以表示成如下形式：

(-1)^0 * M * 2^E

(-1)^1 * M * 2^E

(-1)^0或1是符号位

M是有效数字位，用科学计数法表示，M大于等于1，小于2

2^E是指数位

举个例子：

9在计算机中以补码存储

00000000000000000000000000001001

1001可以表示为1.001 * 2^3

(-1)^0 * 1.001 * 2^3

所以以浮点数类型存储在计算机中的补码为

0 10000010 0010000000000000000000

IEEE754对指数E和M还有一些特殊的规定：

M存储时只存小数点后的数据，小数点前默认为1，且这个1不存，在读取数据的时候在前面加1，这样做的目的是节省一位有效数字，本身有效数字就只有23位，这么做就相当于可以存24位有效数字，提高了精度。

对于指数E，情况就稍微复杂一点

首先，E是一个无符号整数，unsigned int类型，如果是8位的话，他的取值范围就是0~255，如果是11位的话，取值范围为0~2047，但是科学计数法中的E是可以出现负数的，比如，

0.5     //  小数部分二进制表示为0.1                                         

表示为(-1)^0 * 1.0 * 2^(-1) E为-1

所以IEEE754规定，存入内存的E的真实值时，必须加上一个中间数，这个中间数就是127和1023，对应float和double。

像E为-1时就保存为126，即00111111 （float）

然后指数E从内存中取出还可以分成3种情况

一：不是全0也不是全1

这时候采用如下方式取E

用内存中存E的值减去127（1023）得到E的真实值，再将有效数字M加上前面的1

例如：

0.5在内存中存为0 00111111 00000000000000000000000

读取时23位0前加上1，就是1.0,E就是126-126=-1，这就是E的真实值，所以接下来计算

(-1)^0 * 1.0 * 2^(-1) = 0.5

二：全0

这时E的真实值为1-127或1-1023，并且在读取数据时，有有效数字前面不再加1，而是还原为0.xxxxxxxxx，这样做是为了表示+-0，以及接近于0的数字

三：全1

这时，E的真实值为255-127或2047-1023，表示一个非常大的数字，即+-无穷大

接下来就可以解释上述代码为什么会输出那样的结果了

int main()
{
	int n = 6;
	//按照整数的存储方式
	//00000000000000000000000000000110
	float* pf = (float*)&n;

	printf("%d\n", n);  //以整数形式读取数据
	printf("%f\n", *pf);//以浮点数形式读取数据 

	*pf = 6.0;
	//按照浮点数的存储方式
	//0 10000001 10000000000000000000000
	printf("%d\n", n);   //以整数形式读取数据
	printf("%f\n", *pf); //以浮点数形式读取数据

	return 0;
}

完结撒花~