剖析数据在内存中的存储

内容：

1.数据类型介绍

2.整形在内存中的存储

3.浮点形在内存中的存储

---

重点：

1.数据类型的详细介绍
2.整形在内存中的存储：原码、反码、补码
3.大小端字节序介绍及判断
4.浮点型在内存中的存储解析

---

1.数据类型介绍

基本的内置类型：
 

char        //字符数据类型 1字节
short       //短整型 2 字节
int        //整型 4 字节
long       //长整型 4/8字节
long long  //更长整型 8 安节
float      //单精度浮点数 4 字节
double     //双精度点浮点数 8 字节

类型的意义： 1.使用数据类型开辟内存空间大小（空间大小决定使用范围,避免内存空间的浪费）
2.从内存空间的视角数据类型所占存储空间大小不一样它们能表示的数据范围也不一样
 

---

1.1类型的基本归类

整型家族
char
        unsigned char
        signed char
short
        unsigned short[int]
        signed short[int]
int
        unsigned int
        signed int
long
        unsigned long[int]
        signed long[int]

signed  数值：正数和负数

unsigned    有些数，只有正数，没有负数(身高)
            有些数，有正数也有负数(温度)

浮点数家族
float
double

构造类型：自定义类型

数组类型

结构体类型：struct

枚举类型：enum

联合类型 union

空类型  void表示空类型（无类型)

指针类型
int* pa
char* pc
float* pf
void* pv

2.整形在内有中的存储

我们知道创建变量的本质是申请内存空间，空间的大小是根据创建的类型不同而决定的。接下来我们来到机数据在所申请的空间中是如何存储的

比如

int a=20；int b=-10；

a能分配四字节的空间
那数据在a中如何存储？
首先我们要先了解以下概念

 2.1原码、反码、补码

计算机中有3种2进制表示方法，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，符号位用0表示“正”，1表示负
正数的原反补码相同。

正数的原反补码相同，负整数的三种表示方法各不相同
原码：直接将数值按8421码进行翻译就可以得到二进制
反码：原码的符号位不变，其他位依次取反得到反码
补码：反码+1

int a=20;//int 类型能申请4byte=36bit空间
//20的原反补码如下：
00000000000000000000000000010100  原码
00000000000000000000000000010100  反码
00000000000000000000000000010100  补码
int b=-10;
//-10的原反补码如下：
1000000000000000000000000001010   原码
1111111111111111111111111110101   反码
1111111111111111111111111110110   补码

 对于整型数据来说：数据以补码形式存放。
为什么？
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)，且补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外硬件电路。

#include
int main()
{
	int a = 1;
	int b = -1;
	int c = a + b;
	//cpu(只有加法器）
	//1+（-1）
	//用数据的原码计算
	//00000000000000000000000000000001      1的原码
	//10000000000000000000000000000001     -1的原码
	//10000000000000000000000000000010     相加得到-2的原码 显然数据的相加不是原码的方式进行的
	
	//00000000000000000000000000000001       1的原码
	//11111111111111111111111111111111       -1的补码  
	//100000000000000000000000000000000       相加得1个1，32个0，1丢掉剩下32个0
	//0000000000000000000000000000000         0
	return 0;
}

2.2 大小端介绍
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在地址中，而数据的高位，保存在内存的高低址.

 

为什么有大小端？

        在计算机系统中，以字节为单位，每个地址单元都对应一个字节，一个字节为8bit，但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的Short型，32bit的long型，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。因此就有了大小端模式。

设计一个程序判断当前机器的字节序

#include
int zijie()
{
    int a = 1;
    return *(char*)&a;//char*解引用权限为1节节，只能解引用出int申请的4个字节
                //空间中的一个字节，若解引用出的值为1则为小端模式否则为大端模式
}


int main()
{
    if (zijie() == 1)
        printf("小端\n");
    else
        printf("大端\n");
    return 0;
}

#include
int main()
{
     char a = -1;
	 signed char b = -1;
	 unsigned char c = -1;
	 printf("a = %d, b = %d, c = %d", a, b, c);
            //a=-1  b=-1   c=255

		 //先写出原码转为补码截断提升转为原码打印
	 return 0;
	/*	char 为有符号位，整型提升时以最高位为符号位提升
      unsigned char c为无符号位认为最高位为数值型直接在前补0提升完后是补码转换成原码打印
  有符号数提升的时候，是按照符号位来提升的，最高位为0.，则补0，为1则补1，无符号位提升时直接在前面补0*/

}

有符号数和无符号数取值范围
以char为例一个字节的空间放的二进制有2^8=256种可能。

3.浮点型在内存中的存储

常见的浮点数：
3.1415926
2E10
浮点数类型包括：float、double、long double浮点数的表示范围：float.h中定义
整形类型的取值范围限定在：limits·h

3.1浮点数与整数在内存中存储的方式不一样

先来解读以下代码，会发现浮点数与整数在内存中读取存储的方式不一样

#include
int main()
{
	int n = 9;//以整形类型储存
	float* pFloat = (float*)&n; //&n为int* 强制转换为float*
	printf("n的值为：%d\n", n);//以整形类型打印
	printf("*pFlont的值为:%f\n", *pFloat);//以浮点型打印

	*pFloat = 9.0;//以浮点型储存
	printf("num的值为：%d\n", n);//以整形类型打印
	printf("*pFloat的值为：%f\n" ,* pFloat);//以浮点型打印
	 return 0;

}

3.2浮点数存储规则

 根据国际准标(电气和电子工程协会)IEEE 754，任意一个二进制淫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；S=1，V为负数
.M表示有效数，大于等于1，小于2
.2^E表示，指数位

举个栗子

 IEEE 754规定：
对于32位的浮点数，最高位是符号位S，接着的8位数是指数正剩下的23位为有效数字M。
32位为float单精度浮点型。对于64位的浮点数，最高位是符号位S，接着的11位数是指数正剩下的52位为有效数字M。64位为double双精度浮点型。

 IEEE 754对有效数字M和指数E还有一些特别。
        前面说过1<=M<2，也就是说M可以写成1.xxxx，其中xxxx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xxxx部分，比如保存1.01的时候，只保存01。等读取到的时候，再把1加上去，这样做的目的，是节省1位有效数字，以32位浮数为例，留给M只有32位，将第一位舍去后，等于可以保留24位有效数字至于指数E，情况就比较复杂。首先为一个无符号整数(unsigned int)这意为着，如果E为8位数，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，科学计数中的E是可以出现负数，所以IEEE 754规定，存入内存时正的真定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位的正这个中间数是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮点数时，必须保成10+127=137即10001001。然后指数E从内存中取出还可以分成三种情况：
E不为全1或者E不全为0：

 这时浮点数就采用以下规则表示，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的二进制形式为0.1，由于规定正数部分必须为1。则为1.0×2^(-1)，其阶码为-1+127=126，表示为 0111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000，则其二进制表示为：
0011 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000

E全为0

这时，浮点数的指数天E等于1-127(或者1-1023)即为真实值，有效数字从不再加上第一位的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)；

解释前面的程序：

​
#include
int main()
{
	int n = 9;//以整形类型储存
	float* pFloat = (float*)&n; //&n为int* 强制转换为float*
	printf("n的值为：%d\n", n);//以整形类型打印
	printf("*pFlont的值为:%f\n", *pFloat);//以浮点型打印

	*pFloat = 9.0;//以浮点型储存
	printf("num的值为：%d\n", n);//以整形类型打印
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//以浮点型打印
	return 0;/*00000000000000000000000000001001 9的位码以整形存储以整形读取时仍是9
			但当以浮点型方式读取时这一串数字不再是不码而是浮点数 0 00000000 00000000000000000001010
			(-1)0×2^(1-127)*00000000000000000001001是一个接近于0的数
			而当以了浮点数存储时
			十进制：9.0 进制1001.0=(-1)^0*1.001*2^3
			010000001000000000000000000000000
			如以整形读取那这个数就是原码以整方式
			读取这是一个很大的数 */

}

​