C语言——深度剖析数据在内存中的存储(上)

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目录

1. 数据类型介绍

1.1 类型的基本归类

 2. 整形在内存中的存储

2.1 原码、反码、补码

2.2 大小端介绍

 2.3 练习

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1. 数据类型介绍

前面我们已经学习了基本的内置类型：

char        //字符数据类型

short       //短整型

int         //整形

long        //长整型

long long   //更长的整形

float       //单精度浮点数

double      //双精度浮点数

//C语言有没有字符串类型？

 以及他们所占存储空间的大小。

类型的意义：

1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。

2. 如何看待内存空间的视角。

1.1 类型的基本归类

整形家族

char

        unsigned char    

        signed char

short        

        unsigned short [int]

        signed short [int]

int

        unsigned int

         signed int

long

         unsigned long [int]

         signed long [int]

 浮点数家族：

float

double

 构造类型：

> 数组类型

> 结构体类型 struct

> 枚举类型 enum

> 联合类型 union

指针类型 

int *pi;

char *pc;

float* pf;

void* pv;

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。

 2. 整形在内存中的存储

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？

比如：

int a = 20;

int b = -10;

 我们知道为 a 分配四个字节的空间。

那如何存储？

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。

我们看看在内存中的存储：

 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。

这是又为什么？

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。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。

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。（10分）

//代码1
#include 
int check_sys()
{
 int i = 1;
 return (*(char *)&i);
}
int main()
{
 int ret = check_sys();
 if(ret == 1)
 {
 printf("小端\n");
 }
 else
 {
 printf("大端\n");
 }
 return 0;
}
//代码2
int check_sys()
{
 union
 {
 int i;
 char c;
 }un;
 un.i = 1;
 return un.c;
}

 2.3 练习

1.
//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;
}

下面程序输出什么？

2.
#include 
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

3.
#include 
int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

4.
int i= -20;
unsigned  int  j = 10;
printf("%d\n", i+j); 
//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数