你知道整型数据在内存中是如何存储的吗？（新手小白必看）

在之前，我们讲解了有关C语言的一些基本知识，包括基本的数据类型，循环，判断，数组，结构体，指针等等，那么今天我们进入下一阶段的学习：C语言进阶。

在掌握了基本C语言的基础之后，相信大家现在对C语言的代码已经很熟悉了，也能写出一些不是很复杂的代码，那么这篇文章我就给大家带来一个容易被初学者忽视的问题，也是涉及到一些计算机底层的知识，那么话不多说，希望今天的讲解能够让大家对C语言有一个更深层次的理解。

1. 数据类型介绍

在之前，我们学习过C语言的一些基本的内置类型，包括如下几种：

char      // 字符数据类型
short     // 短整型
int       // 整型
long      // 较长整型
long long // 更长的整型
float     // 单精度浮点型
double    // 双精度浮点型

你应该掌握的是，每个内置数据类型占据几个字节，这个我就不赘述了，但有一点，其中的long数据类型的字节数无法确定，只能确定他的字节数是比int类型大的，但是具体指我们无法得知。

1.1 类型的基本归类

那么，我们学习了这么多数据类型，是不是应该给他们分一下类，以便于我们的使用呢。

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]

注意：char类型也算在整型家族里。

那么有同学可能就要问了，char类型可是字符啊，怎么能算作整型呢？

这就不得不提到计算机的编码形式，我们知道，在计算机内部，数据都是以二进制的形式存储的，那字符型数据当然不例外，你能说计算机内部直接存储一个一个的字符吗，这显然不现实。

于是，我们发明了ASCII码表（这个大家都清楚），就是把字符型的数据转化成一个一个的整数，从而便于计算机的存储，所以字符型数据在计算机眼中也是一个整型，我们把它归类到整形家族中当然是正确的。

附：ACSII表

还有值得注意的一点是，在这里，我们引入了无符号数（unsigned）的概念，代表着这个数在计算机内部存储的时候，不需要符号位，所有的位数全部都是数值位，它们具体在计算机内部是如何存储的，我们之后会讲到。

接下来，我们来看浮点数家族：

浮点数家族：

float
double

哈哈哈，是不是感觉很孤单，只有float和double两个人，切记：浮点型家族内是没有无符号数的，也就是说没有什么所谓的无符号浮点数，这个说法是错误的，无符号数只是针对整型数据来说的。

构造类型：

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

数组类型我们都比较了解，举两个例子：

int arr1[10] = {0}; // 数组类型为 int[10]

int arrr2[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 数组类型为 int[5]

结构体类型大家也比较熟悉了，如果忘记了，可以去翻看我之前写过有关结构体的博客。

至于剩下的两个类型，我们今天暂时不讲，之后会重点提到的。

指针类型：

int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;

指针类型大家应该是比较熟悉的，其中我重点说一下void*这个指针类型

void* 的这个指针类型代表的是指向的元素的数据类型是未知的，因此不能进行解引用操作，编译器会报警告。

那么有用学会问了，有好好的int*，float*，char*指针不用，我为什么偏要去用这个存在隐患的void* 类型的指针？

其实这个问题很好解释，在当我们不知道指针所指的数据类型是什么的时候，我们就应该使用void*类型的指针。举个例子：在相关人员进行程序开发的时候，定义函数形参的时候就应该使用void*，因为开发人员不知道用户调用函数之后，是如何使用这个指针的，可能有的用户将他指向了一个整数，那么他的类型就是int*，那也有可能有的用户将他指向一个字符，那么他的类型就是char*，所以通过void*参数的方式，减少了代码的复用，也更好的方便每一个用户。

2. 整型在内存中的存储

讲完了各种数据类型，下面我们来讲讲整型在计算机中到底是如何存储的。

在讲解存储方式之前，我们先来了解一下相关的一些概念。

2.1 原码 反码 补码

计算机中的整数共有三种表示形式：原码，反码，补码

三种方法均由符号位和数值位构成，符号位就是最高位，最高位如果为1表示负数，最高位如果为0表示正数。

规定：正数的原码 反码 补码 相同

但是负数就不一样了，负数的反码和补码是需要计算的

原码：直接将他的数值翻译成二进制就可以了，但要注意最高位为1

反码：符号位不变，数值位按位取反

补码：反码 + 1

那么，对于整型数据来说，其实在计算机中存储的是补码。

计算机为什么要引入反码和补码的概念呢？如何理解原码，反码和补码呢？下面讲一讲我的理解

2.1.1 原码

原码可以说是最简单的表示形式，最高位表示符号位，数值位存放二进制的绝对值

下面写出0 ~ 7和-0 ~ -7的原码

// 以四个比特位为例

    原码         原码
0   0000   -0    1000
1   0001   -1    1001
2   0010   -2    1010 
3   0011   -3    1011
4   0100   -4    1100
5   0101   -5    1010
6   0110   -6    1110
7   0111   -7    1111

用原码表示数据确实是简单，但是我们也能从上文中发现一些问题：

1. 0有两种表示方法，那么到底哪个用哪个呢？

2. 两个相反数相加（1 + （-1）= 1010 = -2)为什么不等于0？

于是我们发现，用原码表示数据，其实在正数相加的时候不会出现错误，但是在进行正数和负数相加减的时候哦会出现错误，这都是由于符号位引起的。

2.2.2 反码

因为在原码的表示形式下，两个相反数相加并不等于0，于是我们想，既然负数是一个正数的相反数，那么我们干脆用一个正数按位取反来表示负数得了，于是也有了反码的概念。

反码：正数的反码还是它本身，负数的反码是原码除了符号位之外按位取反得到的结果。

// 以四个比特位为例

    原码   反码             原码    反码
0   0000   0000      -0    1000    1111
1   0001   0001      -1    1001    1110
2   0010   0010      -2    1010    1101
3   0011   0011      -3    1011    1100
4   0100   0100      -4    1100    1011
5   0101   0101      -5    1101    1010
6   0110   0110      -6    1110    1001
7   0111   0111      -7    1111    1000

这里说一下，由于计算机CPU内部只有加法器，而没有减法器，所以我们要讲减法转换成加法来计算，也就是加上这个数的相反数。 

我们用反码来解决一下原码出现的问题：

3 + -3 = 0011 + 1100 = 1111 = -0

-1 + -3 = 1010 = -5

哈哈，两个相反数相加的错误解决了，但是两个负数相加又不行了，而且数值0也是有两种表示方法，也是不符合要求的。

所以：反码表示在计算机中往往作为数码变换的中间环节，并不是进行整数运算的最终答案。

2.2.3 补码

补码的计算方法：反码 + 1

其实这并不是补码的定义，而是补码恰巧就等于反码 + 1，关于补码，我想讲一件它的由来和我对它的理解。

其实很简单，因为数据在内存中的存储都是有范围的，一旦超过那个范围，就会进行一个轮回。

接下来我举一个生活中的例子，时钟。比如说现在是10:00，我如果想让它变成8:00，那么该如何做呢？答案是将时针倒拨2个小时，或者正拨10个小时，两者的加时为12，这个12我们称作时钟的模。也就是说10 - 2 与 10 + 12是等效的，最后都等于8。

可能会有同学有疑问了，怎么10 + 12 会等于8呢，其实这是因为时钟的最大点数就是12也就是0,11:00之后的一个小时就会变成0:00，然后1:00,2:00，不存在什么13:00,14:00之类的。

那么在时钟中，减去一个数，就等于加上模再减去这个数，相信大家都能理解这个原理。

其实，我们引入反码，就是根据这个思想，把两个数相减变成一个数加上另外一个数的相反数来进行运算，只是没有处理好符号位，从而造成两个负数相加的时候结果错误。

在理解补码的原理之后，我们来看看如何计算一个整数的补码。

2.2.4 补码的计算方法

我们在讲补码的原理的时候说到，减去一个数等于加上一个数的同余数，这个数与减数相减刚好等于模。

我们以一个四位的二进制数举例，让我们计算6 - 2 = ？

四位的二进制数的模是多少？其实就是2 ^ 4 = 16

所以我们可以得出 6 - 2 = 6 + （16 - 2）= 6 + 14 

0110 - 0010 = 0110 + 1110 = 10100，6 -2 = 6 + 14 =  20

因为是四位二进制数，所以最多只能存4位，所以舍弃最高位，寄存器中存储的值为0100

我们可以看到 1110这个数代表14，那么我们是不是也可以将这个数看成 -2 的补码呢，这就是为什么负数的符号位是1而不是0的原因了吧。

由于-2的反码为1101 而补码为1110 所以才有了 补码 = 反码 + 1的计算方法（主要是方便计算）

这个时候，为了参与运算，我们将1110中的最高位1当作补码的符号位，其余的当作数值位。

到这里，关于原码，反码，补码的问题基本解决了。

解决了0有两种表示方法的问题，用补码进行运算可以保证正确率，这也是为什么计算机中存储的都是补码，而非原码，反码，因为这两个表示方法的局限性太强了。

2.3 大小端介绍

什么是大小端？

我们以整型举例，整型所占据的字节大小为四个字节，也就是说整型数据在内存中有四个字节的空间，那么这四个字节的空间是按照什么顺序排列的呢，是从小到大呢，还是从大到小呢，这就有了大小端的定义。

大端存储：是指将数据的低位存在内存中的高地址中，将数据的高位存在内存中的低地址中。

小端存储：是指将数据的高位存在内存中的高地址中，将数据的低位存在内存中的低地址中。

关于为什么会有大小端之分，其实很简单，上文我也说了，数据在内存中的存储不止一个字节，那么必然会有顺序的区分。

关于大小端，我们要知道的是其实是跟计算机内部构造有关的，而跟编译器的种类及其他因素是无关的。

那么，现在让你写一个函数来判断你的机器存储数据是大端还是小端，你该如何做呢？

代码如下：

int check()
{
	// 如果是大端，返回1，小端返回0
	int a = 1;
	return *((char*)&a);
}

int main()
{
	if (check()) printf("小端");
	else printf("大端");
}

现在让我来解释一下这个代码。

如图，是a的地址，因为a是一个整型变量，所以占四个字节

0x00000054608FF5A4 -> 01

0x00000054608FF5A5 -> 00

0x00000054608FF5A6 -> 00

0x00000054608FF5A7 -> 00

我们不难看出，低位的字节数据放到了低地址上，所以我们可以判断这个一个小端的存储方式。

好了，今天的有关整型数据的存储就到这里了，我们下篇文章会根据今天所讲的出一篇练习，从而巩固一下今天所学的知识。

那么今天的分享到这里就结束了，喜欢的小伙伴可以点赞加关注支持一波~

我们下期再见，拜拜！