深度剖析数据在内存中的存储（原码、补码、反码、大小端、面试题）

我们知道基本的数据类型有char ,short, int, long,long long ,float,double.那么这些数据在内存中是怎样存储的呢？  

 一、整形在内存中的存储

int a=10;

这句代码大家应该扫一眼就能看懂；这代表我们为变量a分配4个字节；那这个数据在内存中怎么存储的？

我先为大家解开谜题：对于整形来说，数据存放内存中其实是存放补码。

补码又是什么鬼？接下来咱们先补补课

计算机中的有符号数有三种表示方法，既原码、反码、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，用1表示负

原码：也就是将该整形数据按照正负数直接转换为二进制数。

比如上述代码中int a = 10;我们先将其转换为2进制就是1010，由于int是四个字节，需要32位存储，所以10 的原码就为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010

反码：符号位不变，其它位次取反

比如10的补码为0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101

补码：反码+1就可以得到补码

比如10的补码为0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110

由此我们知道了整形数据在内存中的存储是以补码的形式，但是为什么计算机大佬要这么做呢，把一个数据颠来倒去的？

因为使用补码，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，原码和补码相互转换，其运算过程是想同的，不需要额外的硬件电路。

好，那接下来我们通过vs2013验证一下：

 这好像不大对劲啊，就算你是以16进制展现，那么也应该是00 00 00 0a;怎么还反过来了；原来这个和字节序有关，也就是大小端。那么，什么是大小端？

大小端

大端（存储）模式：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：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；

由此来看疑问解开，我的电脑字节序为小端模式。

为什么会有大小端呢：

在计算机系统中，以字节为单位，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8bit的char外，还有16bit的short类型，32bit的long型，另外对于位数大于8位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着将多个字节安排的问题，由此产生大小端。

下面我们看一道百度面试题：

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。

简述概念不用我多说，那么代码如何来写呢？那么我们的结题思路很简单，就是找到数据的低位或者高位，与其在内存中的存储位置做比较；那么具体怎么来做，我们可以先定义一个int类型的数据，再强制转换为char，此时我们取到的就为该数据存储的低位，将其对1进行与运算，若结果为1；表示数据的低位存储有数据，为小端模式，反之则为大端模式。上代码！

#include
int check_key()
{
	int i = 1;
	return(*(char*)&i==1);
}
int main()
{
	int ret = check_key();
	if (ret)
	{
		printf("小端");
	}
	else
	{
		printf("大端");
	}
	return 0;
}

二、浮点型在内存中的存储

我们先来看例子：

#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;
}

结果却是这样式的：

为什么会出现如此巨大的差距呢？这就得联系到浮点数在计算机内部的表示方法了

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

举例来说：十进制的5.0；写成2进制为101.0，相当于1.01*2^2 。那么可以得出s=0;M=1.01,E=2

这是32位的浮点数存储模式；对于64位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着是11位的指数E，剩下为52位的有效数字M;

由此我们就可以解释刚开始的例子；当我们把9还原成浮点数后变成0.000000；第一个符号位为S=0；指数位E=0000 0000;有效数字为M=000 0000 0000 0000 0000 1001 ;所以通过计算得到1.001*2^（-146），这个正数数十分接近于0；所以用十进制表示就是0.00000

9->0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001 

第二部分的又怎么解释呢？首先，9.0用二进制表示为1001.0；可以写为1.001*2^3

9->0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

将其转换为10进制，结果就为1091567616