c语言各个数据类型在内存中的存储方式

目录

主要数据类型：

整形家族

字节数 

signed 与unsigned 

浮点家族

构造家族（自定义类型） 

指针家族

空类型 

整形在内存中的存储方式

存储方式 

 范围大小

为什么存储补码？

浮点在内存中的存储方式

存放 

 取出

大小端问题  

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主要数据类型：

数据类型可以分为以下几类：整形、浮点型、自定义类型、数组类型

整形家族

整形家族的成员主要有：char类型、short类型、int类型、long类型以及c99还引入了long long类型。 注意：字符型因为本质是ASCII码值，所以是整形家族。

字节数 

char类型又分为signed char， unsigned char；short类型又分为signed short，unsigned short；int类型 又分为signed int，unsigned int；long类型又分为signed long，unsigned long；同样的long long类型又分为signed long long， unsigned long long。

另外，char类型的字节数为1。

short类型的字节数为2。 

int类型的字节数为4。

long类型的字节数可能为4，也可能是8。c语言在规定的时候，只规定了sizeof(long) >= sizeof(int);但是，在32位环境下，long类型是4个字节，而在64位环境下，long类型是8个字节。

long long类型的字节数是8个字节

signed 与unsigned 

signed的意思是有符号。unsigned 的意思是无符号。

我们平常习惯用的int、short、long，C语言标准定义为signed， 也就是有符号的整形；而char类型，在c语言的标准中未定义，其默认是否位有符号还是无符号主要取决于编译器。 

 这里需要明确知道的是unsigned 是不能用来修浮点型的。因为浮点型是把内存中的第一个比特位默认为符号位。而unsigned 则是把内存中的第一个比特位默认为数据位。所以两者之间会发生冲突。所以，这里可以知道。signed或者unsigned 只是用来修饰整形的。 

浮点家族

浮点家族的成员主要有：float类型、double类型。

浮点型就是用来存放小数的。这里float的精度小， 范围小；double的精度高，范围大。

构造家族（自定义类型） 

主要有数组类型、结构体类型、枚举类型、联合体类型。  

数组也是一种构造的数据类型。例如我们定义int a [5] = { 0 }; 

这里int  [5]就是一种数据类型，他表示一块内存空间，这块内存空间里面有五个元素，每个元素是int。

下面再定义一种类型：int b [6] = { 0 }; 

这一种类型和上一种数据类型就不一样了，尽管他们的元素都是int， 但是这里的数据类型是int  [6], 而上面的是int [5]。 

指针家族

指针类型：int* 类型，float* 类型，char* 类型， short* 类型， void*类型等等。

空类型 

空类型也就是void。它经常被用在函数的返回类型，函数的传参，以及指针地址的接收等等地方。

例如下面一串代码： 

在这一串代码中，PrintA函数中，第一个void表示无返回值，第二个void表示不要传参。所以在调用PrintA函数的时候不需要进行传参。

下面是一个传址调用的例子。 

在这里面，虽然传过去的是一个&a，也就是一个整形类型的地址。但是pa指针变量是空类型的指针 。所以结果虽然pa接收到了a的地址，但是这个过程中发生了强制类型转换。pa默认自己指向的是一个不完整类型的地址。

然后通过pa进行打印a的值：因为pa指向的是一个空类型的地址，所以不能访问。需要强制类型转换后才能进行访问。 

整形在内存中的存储方式

数据在内存中的存储方式是补码。整行类型的存储首先需要看是否有无符号，如果有符号，那么内存最高位是符号位。否则内存最高位就是数据位。

存储方式 

 整形数据的存储方式有原码，反码和补码。正数的原反补是相同的，都是我们平常看到的二进制序列。而负数的原码就是我们平常看到的二进制序列。反码是所该负数数据中的所有比特位按位取反，补码就是反码加一。

原码转化到补码是取反加一。补码转化到原码同样是取反加一。

有符号的存储：  

无符号的储存：

 范围大小

 讨论char类型，char类型是1个字节。也就是八个比特位。如果是一个无符号类型char，那么八个比特位全部是数据位。数据可以储存的范围就是：0 ~ 255( 0 ~ 2 ^ 8 - 1)

如果是有符号类型的char，那么存储方式如下： 

 

对于有符号整形来说，正数的原反补相同，数据在内存中的存储方式就是原码（原码与补码相同）；而对于一个负数来说，负数的原反补是不相同的。数据在内存中的存储方式是补码，那么我们就需要通过计算，算出负数的原码。

那么无符号char:

 int 类型等其他整型类型的存储方式类似。但是范围大小是不同的。例如short类型就有两个字节，16个比特位。有符号类型的short存储范围是 -32768 ~ 32767。无符号类型的short存储范围是0 ~ 65535.

为什么存储补码？

对于整形在内存中为什么以补码的形式进行存储的问题。其实是因为补码便于将符号位和和数值位进行统一处理。而且，我们的cpu只有加法器。而补码有利于我们对加法和减法进行统一的处理。

例如下面的 1 - 1计算

浮点在内存中的存储方式

存放 

什么是浮点？浮点的表示形式是什么样的？

形如：1.25621或者1E10这样的就是浮点型。1E10是浮点型的科学计数法。表示1.0 * 10^10.

 对于一个浮点型，规定其都可以表示成为"（-1）^S * M * 2 ^ E"的形式（注意这里的^是次方的意思，而不是异或）。这里的-1 * S表示的是小数的正负，如果S为1，那么小数就是负的。为零的话就是正的。M是有效数字。E就是2的几次方

下面我们来看几个例子

在这里面，S是0， M是1.01， E为2表示小数点浮动了几位。 

为什么转换为二进制之后是1.11？因为在小数点之后的序列位的权重是这样的： 

 

这里面S是0，M是1.11， E为2 .

任何一个小数都可以表示成带有S，M，E的形式。并且，浮点在内存中的存储，也是存储S，M，E。现在我们来讨论float的存储方式。float的S，M，E在内存中的分配空间是这样的：

其中符号位，也就是S占一个比特位，E'占八个比特位，M占23个比特位。并且M中存放数据，是从高地址往低地址存放 ,由于M有效数字都是1.xxxxxxxx……的形式，则在内存存储时省略掉了1，只存储后面小数点部分。另外对于E'与真实的E之间的关系是有规定的。在float中是E' = E + 127;而在double类型中就是E' = E + 1023;

下面是我们上面两个例子在内存中的真实存储图示： 

5.0 存储:

 5.0，是正数，则S位零。E' = 2 + 127 = 129。二进制就是1000 0001；有效数字1.01，只保留小数点后就是01。

现在讨论3.5

3.5，是正数，则S为为零。 E' = 1 + 127 = 128。二进制就是1000 0000；有效数字1.11，只保留小数点后就是11。

 取出

分为三种情况：

第一种：E'不为全零并且不为全1。这时候访问内存中的浮点数据是就按照公式进行：如上面的3.5就是：把原本的1添上变成1.11,然后1.11 * 2 ^ 1 = 11.1。最后判断符号S,为零则为正数。所以就是1.11。转换为十进制就是3.5.

 第二种：E'为全零，这个时候直接令E’ = 1 - 127 或者 1 - 1023。并且，有效数字也不再加上1，而是直接取0.xxxxxxxxx…….。

第三种：E'全为1，这表示一个非常大的数。

大小端问题  

 对于使用vs的朋友们，我们在调试观察内存时，可能会遇到这样的一个问题

就是我们会发现，数据在内存中的存储可能是反着存的。 

我们的a是0x11223344

但是到了内存中，保存的方式变成了44332211

这里就涉及到了大小端问题。

那么，什么是大小端存放，其实就是以内存为单位，数据在内存中的存储顺序问题。

我们都知道一个字节八个比特位，也就是两个十六进制位。  

以下为十六进制表示数据，对于下面的存储方式进行讨论： 

 

第一种方式我们可以看到低位字节序的数据存放在了高地址处，高位字节序的数据存放到了低地址处。这就是大端存储的方式。

第二种方式是低位字节序的数据存放到了低地址处，高位字节序的数据存放到了高地址处。这就是小端存储的方式。

第三种方式明显是乱序的。这种存储方式虽然也能对数据进行存储。但是编译器不会采取这种存储方式，因为过于复杂。

数据在内存中以字节为单位的存储顺序主要取决于编译器。一般就是大端存储，或者小端存储。

那么，我们怎么来判断我们的编译器到底是什么字节序存储方式呢？

通过下面代码可以进行判断：

 

这个代码其实用到了指针访问与强制类型转换的问题。在函数为a开辟空间并将a的数据存入之后。通过一个指针只访问其单个字节序，来进行判断是大端字节序存储还是小端字节序存储。 

经过检验，我们的vs2022是小端存储。