C语言数据的存储（附练习巩固）

前言：这篇文章我们重点讲解整形在内存中存储以及浮点型在存中的存储，在此之前，我们先简单回顾下数据基本类型有哪些。

目录

一、数据类型的分类

1.1 整形类型

1.2 浮点类型

1.3 构造类型

1.4 指针类型

1.5 空类型

 二、整形在内存中的存储

2.1、原码

2.2、反码

2.3、补码

示例：

2.4 大小端字节序存储

2.5 练习：

三、浮点型在内存中的存储

3.1浮点数的存储规则：

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一、数据类型的分类

1.1 整形类型

char //是unsigne 还是 signed 取决于编译器
unsigned char
signed char

//short int long 默认为 signed 型

short  
unsigned short [int]
signed short [int]

int
unsigned int
signed int

long
unsigned long [int]
signed long [int]

1.2 浮点类型

float
double

1.3 构造类型

数组类型
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union

1.4 指针类型

int * p1;
char * p2;
float * p3;
void * p4;

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、整形在内存中的存储

整数在计算机中的存储形式分为三种，即原码，反码，补码.

三种存储方式分为符号位和数值位两部分，符号位用0表示正，1表示负，数值位均为二进制数。（正整数的原码反码补码相同）

2.1、原码

直接将数值按照二进制的形式进行翻译即可。

2.2、反码

对原码的符号位不进行变化，其他位按位取反即可。

2.3、补码

将反码+1即可得到补码。

示例：

 那么对于整形来说，存放在内存中的形式是补码（原因如下）：

（通过内存窗口进一步确认以上观点）：

因为采用补码的形式， 符号位和数值位可以进行统一的处理。（cpu只支持加法运算）

2.4 大小端字节序存储

概念：

大端（存储）模式，是指数据的低位字节保存在内存的高地址中，而数据的高位字节，保存在内存的低地址中；
小端（存储）模式，是指数据的低位字节保存在内存的低地址中，而数据的高位字节,   保存在内存的高地址中。

为什么会有大小端呢？

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（两个16进制数是一个字节）。对于小端模式，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。
示例：

在vs x86环境下：

 

2.5 练习：

2.5.1.

设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

  #include
int main()
{
	
	int a = 1;
	char * p = (char*)&a;//取出地址的前两个16进制数（一个字节）
	 
	if (*p == 1) {
		printf("小端\n");
	}
	else {
		printf("大端\n");
	}
    return 0;
};

2.5.2：

//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);
return 0;
}

答案是： -1 -1 255

下面我们来详细解析这道题：

我们上面说到 整形 在内存 中是按照补码来进行存储的，-1 的补码是11111111111111111111111111111111，因为要存入char类型（8个bit位），所以发生了 截断（高位截断，低位保留）。变成了 11111111（还是补码形式），根据需求，是按照 %d 形式进行打印，这时针对 （char 类型的 11111111）进行了  整形提升  (根据数据的类型进行提升：如果是有符号就是按照高位补符号位的原则，如果是无符号位就按照高位补0的规则)，提升为：11111111111111111111111111111111，之后 再将其转化为 原码（因为是%d打印，所以将其视为有符号数） 10000000000000000000000000000001 ，打印结果为 -1 .（这里 signed char 等同与char，C语言无规定，视编译器而定）

而 255 是如何打印出来的呢？

：-1 的 补码 是 11111111111111111111111111111111，与上面相同  int  类型的数据存入 char 类型时 发生截断，变为 11111111，因为以 %d 形式进行打印 发生整形提升，此时因为是 无符号类型 所以高位是补0，变为 00000000000000000000000011111111 ，将其转化为 原码（%d 的效果就是把它视为 正数，又因为正数“原”“反”“补”相同，所以上述其实就是答案的二进制形式） 进行打印 ，结果为 255.

 2.5.3：

#include 
int main()
{
	
	char a = -128;
	
	printf("%u", a);

	return 0;

}

：打印结果为 4294967168 ，-128 补码是 11111111111111111111111110000000 ，存入char类型的时候发生了截断，变为 10000000 .然后因为以 %u 形式进行打印，整形提升为了：11111111111111111111111110000000，后因为是无符号打印（把它视为了正数），正数原反补都相同，所以结果为：4294967168

2.5.4

#include 
int main()
{
	
	int i = -20;
	unsigned int j = 10;
	printf("%d\n", i + j);
	return 0;

}

：答案：-10，这里不要简单的以为是 -20 + 10 为 -10. 把-20 转换为补码：11111111111111111111111111101100.  10 转换为补码为：000000000000000000000000 00001010.将其相加 ：11111111111111111111111111110110，以为以%d进行打印（将其视为正数），所以转化为原码：10000000000000000000000000001010 ，十进制为：-10

2.5.5

#include 
int main()
{
	unsigned int i;
	 
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
	}

}

 ：结果 死循环，依次打印9~0后，打印4294967295，依次减小，后反复进行以上操作。

当减小到-1后 本应该停止，但是因为i的类型为无符号整形，所以在其看来 -1 并非是个负数，-1的补码为 11111111111111111111111111111111，将其视为正数，所以为 4294967295。

2.5.6

#include 
int main()
{
	int main()
	{
		char a[1000];

		int i;

		for (i = 0; i < 1000; i++)
		{
			a[i] = -1 - i;
		}

		printf("%d", strlen(a));

		return 0;
	}
}

： 数组下标 i 是从 0~999 依次增大 要存入char[1000]  类型的数组的值是 -1 ~  -1000。但是整形的数据存入char[1000] 类型的数组会发生变化：

 strlen函数是求字符串长度，遇到‘\0’就停止，‘\0’的ASCII码值是0，如上图所示，题意就是把数字按逆时针存入数组中，当下标到129的时候，其实存入数组中的数据变成了127，然后依次减小，到0位置，所以答案为： 128+127 = 255.

2.5.7

#include 

unsigned char i = 0;

int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

：结果 死循环 因为 unsign char类型 的范围是 0~255 ，无论如何增加，始终逃不出这个范围。

三、浮点型在内存中的存储

常见的浮点数： 3.141592，2E10（2.0*10的十次方，10是指数），浮点型家族包括： float，double，long double类型，float.h中定义了浮点数的表示范围。

我们先看一个案例：来佐证浮点型数据存储方式是与整形数据存储不一样的。

#include 

int main()
{
	int n = 9;
	float* pFloat = (float* )&n;
	printf("n的值为：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值为：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

运行的结果是：

n的值为：9
*pFloat的值为：0.000000
num的值为：1091567616
*pFloat的值为：9.000000

我们发现 *pFloat 和 num 的值 超出了我们平常的认知（2，3两行），是因为：我们使用一个float*的指针对一个整形的数据进行解引用（它会认为里面放的是浮点型数据，虽然实际是整形）。

而num的值也是类似，以%d形式进行打印（会把浮点型数据，视为整形）一个浮点型数据。；

总结一个结论：整数和浮点数在内存中存储方式是有所差异的

3.1浮点数的存储规则：

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
(-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

这里我们举个例子来说明：比如5.5用IEEE标准：(-1)^0 *1.011*2^2, 0就是上述的s，E就是2，M就是1.011.

我们发现：上述只要将 s，M，E 三个数存储起来(其他都是固定数值)，到时候就可以还原出这个浮点型数据。

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（小数点后面的数字存储的越多也就越精确）。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（比如：对于0.5来说，它用IEEE标准：(-1)^0 * 1.0 * 2^(-1) ，这里E为 -1 ），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（32bit）的E，这个中间数
是127；对于11位（64bit）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。

下面我们来用示例验证一下：

 

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。

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）。

介绍完了浮点型的存储方式，我们再回来看刚刚那道题;