深度刨析数据在内存中的储存（C语言进阶）
深度刨析数据在内存中的储存
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- 1.数据类型的介绍
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- 1.1 类型的基本归类
- 2. 整型在内存中的储存
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- 2.1 原码，反码，补码
- 2.2 大小端介绍
- 百度2015年系统工程师笔试题：
- 2.3 练习
- 3. 浮点型在内存中的储存
- 3.1 引例
- 3.2 浮点型储存规则
本章重点
- 数据类型详细介绍
- 整型在内存中的储存
- 大小端字节序介绍及判断
- 浮点型在内存中的存储解析
1.数据类型的介绍
前面我们已经介绍过基本的内置类型，以及他们所占空间的大小
✊类型的意义：
- 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了适用范围）
- 如何看待内存空间视角
1.1 类型的基本归类
整型家族：
补：
- 字符在内存中储存ASCII码值，ASCII码值是整型，所以字符类型归纳到整型家族
- signed—有符号
- unsigned—无符号
- char-1字符-8bit
- char是否是signed,C语言没有明确规定，取决于编译器
- ASCII码表中规定ASCII码值得范围是0^127
浮点数家族：
构造类型（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。
补：
2. 整型在内存中的储存
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？
- 数据在内存中储存（计算机能处理）的都是二进制
- 整型和浮点型在内存中也都是以二进制形式储存
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。
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，不需要额外的硬件电路。
我们来看看1-1是如何计算的
我们来看看在内存中的储存
我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。
这又是为什么？
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。
上图了解一下：
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。
代码演示：
int check_sys()
{
int a = 1;
return *(char*)&a;
}
int main()
{
if (1 == check_sys())
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
return 0;
}
分析：
运行结果：
2.3 练习
练习一：
int main()
{
char a = -1;
//10000000000000000000000000000001
//11111111111111111111111111111110
//11111111111111111111111111111111
//11111111 - a
signed char b = -1;
//11111111 - b
unsigned char c = -1;
//11111111 - c
//
printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
//%d 是10进制的形式打印有符号的整数
//11111111111111111111111111111111 a/b补码：
//10000000000000000000000000000001 a/b
//00000000000000000000000011111111 c:无符号数高位补0
//
return 0;
}
运行结果：
练习二：
#include 运行结果：
练习三：
char :-128~127
int main()
{
char a = 128;
//00000000000000000000000010000000
//11111111111111111111111110000000 - a
printf("%u\n", a);
//截断
return 0;
}
运行结果：
获得新知识的时候到了：
练习四：
int main()
{
int i = -20;
//10000000000000000000000000010100
//11111111111111111111111111101011
//11111111111111111111111111101100
//
unsigned int j = 10;
//00000000000000000000000000001010
//11111111111111111111111111101100
//
//11111111111111111111111111110110
//10000000000000000000000000001001
//10000000000000000000000000001010
printf("%d\n", i + j);//-10
return 0;
}
运行结果：
练习五：
int main()
{
unsigned int i;
for (i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n", i);
Sleep(1000);
}
//死循环无符号数都大于零
return 0;
}
运行结果：（死循环）
练习六：
int main()
{
char a[1000];
//-1 -2 -3 -4 -5 .. -128 127 .. 6 5 4 3 2 1 0
//128 + 127 = 255
int i;
for (i = 0; i < 1000; i++)
{
a[i] = -1 - i;
}
printf("%d", strlen(a));
//
//strlen 统计的是\0之前出现的字符的个数
//\0 - 0 \ddd
return 0;
}
运行结果：
练习七：
unsigned char i = 0;//0~255
int main()
{
unsigned char i = 0
for (i = 0; i <= 255; i++)
{
printf("hello world\n");
}
return 0;
}
运行结果：
3. 浮点型在内存中的储存
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 引例
浮点数储存的例子:
int main()
{
int n = 9;
//0 00000000 00000000000000000001001
//E=-126
//M = 0.00000000000000000001001
//S=0
//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126
//
float* pFloat = (float*)&n;//int*
printf("n的值为：%d\n", n);//9
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//? 0.000000
*pFloat = 9.0;
//9.0
//1001.0
//(-1)^0 * 1.001 * 2^3
//01000001000100000000000000000000
//
printf("num的值为：%d\n", n);//?-> 1,091,567,616
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.0
return 0;
}
运行结果：
1，4结果我们不能想到2，3结果是怎么回事呢？让我们来了解下浮点型储存原则吧！
3.2 浮点型储存规则
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----（ ^表示次方 ）
(-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。
举例来说：
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。
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。
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。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:
0 01111110 00000000000000000000000
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）；
好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里。
由浮点型储存规则知识引例便迎刃而解
不知不觉，"深度刨析数据"在内存中的储存以告一段落。通读全文的你肯定收获满满，让我们继续为C语言学习共同奋进!!!