深入C语言1——数据的存储
从今天开始我们就结束C语言的初级学习，进行深入研究C语言，进入到此板块呢就意味着大家不再是了解C语言了，我们要意识到我们真的在学习一门语言，所以请大家打起精神，我们将在之前的基础上对从C语言进行纵向学习，还有大家可能发现我的博客并不像一些经常发博客的大佬们的博客那么精美，每个标题都是一个坐标，点开就可以直接跳转，原因其一是因为我刚接触csdn没多久，对于这上面的功能还不是很了解，我只是想把知识带给大家，所以也并没有多操心搞那些，原因其二是因为我认为学习不能跳跃式，如果真心想学好，一定要挨着看，因为我写博客的思路就是连续的，所以希望大家坚持下来，能和大家一起进步是我莫大的荣幸。
我们今天就进入到深入C语言的第一篇：数据的存储，我们将对之前讲过的一些基本数据类型深挖，研究用它们创建一个变量时在内存中是如何存储的，以及计算机的存储数据的模式。
1.基本数据类型的取值
我们首先来回顾一下C语言提供的基本数据类型有哪些吧：
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 //双精度浮点数相信大家已经非常熟悉了，我们常用的也只有int char double，为什么其他类型用的很少呢？因为这些数据类型创造一个变量时在内存中所占空间大小是不一样的，那么一个我们还是拿出我们最初讲基本数据类型的代码：
#include
int main()
{
printf("%d\n",sizeof(char));
printf("%d\n",sizeof(short));
printf("%d\n",sizeof(int));
printf("%d\n",sizeof(long));
printf("%d\n",sizeof(long long));
printf("%d\n",sizeof(float));
printf("%d\n",sizeof(double));
} 这表示的是基本数据类型在内存中的大小，单位是字节，答案是1 2 4 4 8 4 8，我们也就知道为什么要提供这么多的数据类型了，原来是每个数据类型的大小都是不一样的，取值范围也是不一样的，所以用不同的数据类型来存储的数据时所占空间也是不一样的，那我们就拿char int double来看，它们在内存中实际的取值范围到底是多少：
在C语言中，每种数据类型都可以分为有符号和无符号（符号：负号），有符号的意思就是用改数据类型创建的变量为负数，所以我们可以看到signed char的取值范围就是-128~127，而无符号的字符类型，也就是unsigned char类型的取值范围为0~255，而我们平时用char来定义一个变量时的默认符号都是有符号的，也就是说char ch；是可以取到负数的，而如果我们有特殊需求要求变量不可以为负数，就一定要加上unsigned修饰，而且大家有没有发现它们的取值像是一个圆，如果你给定一个char类型的变量并给它赋值127（当然char是字符型，但是如果你给它加一个整型数字也会进行计算的，这里涉及到整形提升我们会在后面讲），再输出该变量，你会发现它变成了-128，如果赋值255，再加一也会变成0，所以我们大致猜测无论有无符号，如果到达类型的取值临界值，就会循环成一个圆。
那么int型 short型 long型 long long型也是一样的，都分为signed unsigned，那既然都为整形，我们就拿最常用的int来看，它的取值范围为：-2147483648 ~ 2147483647，大家可以数一下有21亿，（在不同机器上int的取值范围不一样，因为二进制的长度不同，如果在位数比较少的机器上int的取值范围只有-32768~32767）所以一般来说int就可以满足我们使用变量的要求，所以其他的整形类型用的也就没那么多，而int也和char一样符合这个圆的规则，当取到临界值时再进行加减操作就会沿着这个圆返回到起始位置或者末尾位置。
2.数据类型的存储方式
对于数据的存储方式分为大端存储和小端存储，在64位机器上可能为小端存储，32位机器上可能为大端存储，如果各位想知道自己的电脑属于什么存储模式，可以在vs上敲入一个整型变量，然后打开调试里的内存，然后输入变量的地址，如果是倒着存的话就是小端存储，如果顺序存的话就是大端存储。
那么什么叫大端存储，什么叫小端存储呢？
为什么要有大小端之分呢？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8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit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果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。
这里就有一道百度公司的笔试题，来考大小端存储的问题：
#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;
} 这道题在做的就是调用checksys函数，对i进行强制类型转换为char，也就是说四个字节的整形变量int现在只能存入一个字节，而在大端存储中1的表示形式为：00 00 00 01，小端存储形式为：01 00 00 00，所以拿它的最高位，如果等于1就说明是小端，0就是大端，大家也可以用这个方式来试一下自己的电脑。
3.原反补
原码反码补码在之前就给大家铺垫过了，那么今天我们再来整体学习以下，计算机中的有符号数有三种表示方法，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 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。
为什么要如此存储数据呢？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。
接下来我们来看几个关于原反补以及二进制码运算的小题目：
int main()
{
char a = -1;
//11111111
//11111111111111111111111111111111 - 整形提升
//11111111111111111111111111111110
//10000000000000000000000000000001 - -1
signed char b = -1;
//char类型和signed char在vs编译器中相等
unsigned char c = -1;
//11111111
//00000000000000000000000011111111 - 255
//正数的原反补相同
printf("%d,%d,%d", a, b, c);//%d - 以有符号整数的形式打印
return 0;
}int main()
{
char a = -128;
//10000000000000000000000010000000 - 补码
//11111111111111111111111101111111 - 反码
//11111111111111111111111110000000 - 原码
//10000000//截断
//11111111111111111111111110000000//整形提升
//
printf("%u", a);//%u以无符号整数的形式打印
return 0;
}int main()
{
int i = -20;
//10000000000000000000000000010100
//11111111111111111111111111101011
//11111111111111111111111111101100
unsigned int j = 10;
//00000000000000000000000000001010
//11111111111111111111111111101100
//00000000000000000000000000001010
//11111111111111111111111111110110 - 补码（加法运算后的）
//11111111111111111111111111110101 - 反码
//10000000000000000000000000001010 - -10
printf("%d", i + j);
return 0;
}int main()
{
unsigned int i;
for (i = 9; i >=0 ; i--)
{
printf("%u\n", i);//对无符号整数来说，每一位都是有效位，所以是死循环，参考那个圆
}
return 0;
}int main()
{
char a[1000];
int i;
for (i = 0; i < 1000; i++)//0~999
{
a[i] = -1 - i;//0~127+-128~-1 = 255
}
printf("%d", strlen(a));
return 0;
}unsigned char i;//0~255
int main()
{
for (i = 0; i <= 255; i++)
{
printf("hello world\n");
}
return 0;
}
大家可以把这些题目拿到自己的编译器上边调试边理解，如果懂了之前的原反补的计算和大小端相信这些对于大家来说都不是问题了。
4.浮点数再内存中的存与取
接下来就来到了我们今天内容的最后一个板块，关于浮点数的存取，大家可能比较疑惑为什么刚刚在讲基本类型的时候不讲呢？因为浮点数在C语言当中的存取方式过于特殊，涉及到其他方面的知识，并不是简单的存与取，还涉及到指数小数的运算，所以有必要单独开一个板块来讲解，至于到底是怎么一回事，我们现在就开始。
我们还是先上手一段代码，大家来算一下这段代码打印了什么：
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;
}
想必大家大部分肯定只算对了一个，后面肯定已经懵逼了对不对，这答案太诡异了，hhh，不懂就对了，这就是我的博客的价值所在，好，再讲之前我先来给大家引出一点概念：
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。
具体在内存中是这样存放的：
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。
什么意思呢？我来带大家看：
int main()
{
float f = 5.5f;//假设我定义一个浮点数为5.5
//用二进制形式表示就是101.1
//而101.1即代表5的二进制形式：101和0.5的表示形式0.1，而0.1就代表2的-1次方
//根据IEEE754规定101.1就可以表示为：
//(-1)*0*1.011*2^2
//所以SME分别可以表示为：
//S=0
//M=1.011
//E=2 + 127=129
//0 10000001 01100000000000000000000 - 补码
//而正数的原反补码相同，所以直接打印
//40 B0 00 00
return 0;
}
而为什么E要加上127呢？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，比如一个小数的浮点数，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。
所以我们用float定义一个变量时，E的真实值要加上127，用double定义时要加上1023取得它的真实值。
还有两种特殊情况：
E全为0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）；
所以我们刚开始那道题就可以这样理解：
int main()
{
int n = 9;
//0 00000000 0000000000000000000001001
//E为全0
//E=1-127=-126
//M=0.000000000000000000001001
//0.000000000000000000001001*2^(-126)
//
float* pFloat = (float*)&n;
printf("n=%d", n);//9
printf("pFloat=%f", *pFloat);//0.000000（由于float只打印前六位，所以为全零）
*pFloat = 9.0;
//1001.0
//(-1)^0*1.001*2^3
//S=0
//E=3
//M=1.001
//E=3+127=130，存入的是130的补码
//0 10000010 00100000000000000
printf("n=%d", n);
printf("pFloat=%f", *pFloat);
return 0;
}所以这也就是为什么打印出来的答案如此诡异了，浮点数和正数、字符在内存中的存储差异如此之大，但是经过这次讲解相信大家对于这些基本类型的转换和计算都已经了如指掌了，好了，本次数据的存储到此就告一段了，稍作休息，我们下次再见。