C语言——数据在内存中的存储

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目录

前言：

1. 整数在内存中的储存

2. 大小端字节序和字节序判断

2.1 什么是大小端？

2.2 为什么要有大小端？

3. 浮点数在内存中的存储

3.1 浮点数的存储

3.1.1 浮点数存的过程

3.1.2 浮点数取的过程

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前言：

在C语言中我们会存许多许多的数据，比如整型数据，浮点型数据等它们在内存中是怎么存储的呢？接下来我们就来学习一下这些数据在内存中的存储。

1. 整数在内存中的储存

我们首先来复习一下，在前面的操作符的详解博客中，我们说过整数的2进制表示方法有三种，即原码，反码和补码。

这三种表示方法均是由符合位和数值位两部分组成，符合位都是用0表示为 “正” ，用1表示 “负” ，而数值位最高位是被当做符合位，剩余的都是数组位。

正整数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。

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反码。

补码：反码+1就得到补码。

对于整数来说：数据存放在内存中其实存放的是补码。

2. 大小端字节序和字节序判断

我们知道了整数在内存中的存储后，我们在调试的时候都会发现数字是按字节为单位，倒着储存的，这是为什么呢？

#include 
int main()
{
	int a = 0x11223344;

	return 0;
}

这时我们就要用到大小端来解释了。

2.1 什么是大小端？

其实当超过一个字节的数据在内存中存储的时候，就会存在顺序问题，按照不同的存储顺序，我们把它分为大端字节存储和小端字节存储。

大端存储（模式）：数据的低位字节内容保存在内存的高地址处，而数据的高位字节内容，保存在内存的低地址处。

小端存储（模式）：数据的低位字节内容保存在内存的低地址处，而数据的高位字节内容，保存在内存的高地址处。

2.2 为什么要有大小端？

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8 bit 位，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。

补充：大小端的存在是为了解决不同字节序设备之间的数据交换问题，并且根据应用需求、兼容性和硬件设计限制的不同，选择合适的字节序能够带来一定的优势

3. 浮点数在内存中的存储

我们经常见到的浮点数：3.14159、1E10等，浮点数家族包括：float、double、long double 类型。

浮点数表示的范围：float.h中定义

3.1 浮点数的存储

浮点数在计算机内部的表示方法：

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：V   =  (−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，M是⼤于等于1，小于2的

： 2^E 表⽰指数位

举例：十进制的5.0，写为二进制是101.0，相当于1.01x2^2。

那么，按照上面的V格式，可以得出S=0，M=1.01，E=2。

补充：IEEE 754规定：

对于32位的浮点数，最⾼的1位存储符号位S，接着的8位存储指数E，剩下的23位存储有效数字M

对于64位的浮点数，最⾼的1位存储符号位S，接着的11位存储指数E，剩下的52位存储有效数字M

3.1.1 浮点数存的过程

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。

至于指数E，情况就比较复杂

首先，E为一个无符号整数（unsinged 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，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。

3.1.2 浮点数取的过程

指数E从内存中取出还可以再分为三种情况：

E不全为0或不全为1：这时，浮点数就采用下面的规则表示，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，即将⼩数点右移1位，则为1.0*2^(-1)，其 阶码为-1+127(中间值)=126，表示为01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位 00000000000000000000000。

则其⼆进制表示形式为：0 01111110 00000000000000000000000

E全为0：

这时，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。这样做是为了表示正负0，以及接近于0的很小的数字。

0 00000000 00100000000000000000000

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）。

0 11111111 00010000000000000000000

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好了以上就是一下数据在内存中的存储方式，后面会发一次关于这个内容的练习，各位可以根据自己学到的知识来思考一下这些习题练习——残念ing 专题实践练习专栏——CSDN博客。