整形数据在内存中的存储(C语言)

1.整形家族

signed可省可不省，一般省略不写
 unsigned char
 signed char
 
 unsigned short [int]
 signed short [int]

 unsigned int
 signed int

 unsigned long [int]
 signed long [int]

2.(原码、反码、补码)基础知识

计算机中的整数有三种2进制表示方法，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”。
正数的原、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就可以得到原码。
• 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。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

原因在于：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。

int main()
{
	//为了方便表示，在vs中数据以十六进制呈现出来
	//0x0000000a  ->10
	int num = 10;
	//0xfffffff6  ->-10
	int num2 = -10;
}

我们可以看到对于num和num2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？解下来介绍大小端

3.大小端

3.1 什么是大小端

大端(存储)模式：把一个数据的低位字节的内容，存放在高地址处，把一个数据的高位字节的内容，存放在低地址处。
大端(存储)模式：把一个数据的低位字节的内容，存放在低地址处，把一个数据的高位字节的内容，存放在高地址处。

3.2 为什么有大端和小端

因为在计算机系统中，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。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。
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。

3.3 一道关于大小端字节序的面试题

设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

#include
int check_sys1()
{
	int a = 1;
	return (*(char*)&a);
}
//方法2

int check_sys2()
{
	union
	{
		int i;
		char c;
	}un;
	un.i = 1;
	return un.c;
}
int main()
{
	int ret = check_sys1();
	if (ret == 1)
		printf("小端字节序存储\n");
	else
		printf("大端字节序存储\n");

	printf("%d", ret);
}

3.4 关于整形数据存储的题目(7题)

原码 = 补码-1，然后取反
补充知识：原码 = 补码取反+1

3.4.1

int main()
{
	char a = -1;  //char是有符号字符类型，并且取值范围能存下-1，因此打印-1
	//10000000 00000000 00000000 00000001  原码
	//11111111 11111111 11111111 11111110  反码
	//11111111 11111111 11111111 11111111  补码
	//11111111 -a 截断(因为char只有1字节=8bit)
	//%d整形打印: 先提升，然后将补码转换成原码
	//11111111 11111111 11111111 11111111  补码
	//10000000 00000000 00000000 00000000  反码
	//10000000 00000000 00000000 00000001  原码 ->-1
	
	signed char b = -1; //char 和 signed char是一样的，知识char默认为有符号，所以省略了signed，结果也是-1
	//b同a一样
	
	unsigned char c = -1; //此时char是无符号
	    //00000000 00000000 00000000 11111111  补码
	//11111111 -c 截断，因为是无符号,所以整形提升时前面补0
	//%d打印：需要发生整形提升
	//00000000 00000000 00000000 11111111 ->255
	
	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
	return 0;
}

3.4.2

int main()
{
	char a = -128;
	//10000000 00000000 00000000 10000000  原码
	//11111111 11111111 11111111 01111111  反码
	//11111111 11111111 11111111 10000000  补码
  //10000000  ->-128
  //按%u: 无符号整形打印,需整形提升
  //11111111 11111111 11111111 10000000  ->4294967168
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}

3.4.3

int main()
{
	char a = 128;
	//10000000 00000000 00000000 10000000   原码   ->整形提升
	//11111111 11111111 11111111 01111111   反码
	//11111111 11111111 11111111 10000000   补码
  //10000000  ->128
  //按%u: 无符号整形打印,需整形提升
	//11111111 11111111 11111111 10000000   ->4294967168
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}

3.4.4

int main()
{
	int i = -20;
	//10000000 00000000 00000000 00010100
	//11111111 11111111 11111111 11101011
	//11111111 11111111 11111111 11101100   ->补码
	unsigned int j = 10;
	//00000000 00000000 00000000 00001010   ->补码
	//11111111 11111111 11111111 11101100 +
	//11111111 11111111 11111111 11110110   ->补码
	//10000000 00000000 00000000 00001001
	//10000000 00000000 00000000 00001010   ->10
	printf("%d\n", i + j);
	return 0;
}

3.4.5

#include
int main()
{
	unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
		Sleep(1);
	}
	return 0;
}

此结果是无限循环，因为i是无符号整形，i的值只可能大于等于0；

3.4.6

int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d", strlen(a));
	return 0;
}
//-1  -2  -3  -4....-128  127  126  125... 0
//-1  -2  -3  -4....-128  127  126  125... 0
//...

strlen遇到\0就结束，并且\0 == 0的，因此在第一次遇到0时就结束计算；
结果是：128+127=255, 不包括\0；

3.4.7

unsigned char i = 0;
int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}

因为i是无符号字符型，并且i<=255，当i=255时，此时i++的结果是0，因此导致程序死循环；

4.总结

1. 正数的原、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就可以得到原码。
• 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。

2. 原码 = 补码-1，然后取反；
   补充知识：原码 = 补码取反+1；
3. 对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

大端(存储)模式：把一个数据的低位字节的内容，存放在高地址处，把一个数据的高位字节的内容，存放在低地址处。
大端(存储)模式：把一个数据的低位字节的内容，存放在低地址处，把一个数据的高位字节的内容，存放在高地址处。