【C语言】整数和浮点数在内存中的存储

前言

我们都知道，在创建一个变量的时候，编译器会自动开辟一块内存空间用于存放它，但是对于不同的数据类型，它们的存储形式也会有所不同。今天就让我们一起来学习整数和浮点数在内存中的存储

1. 整数在内存中的存储

我们都知道，一个数在计算机中的二进制表示形式，叫做这个数的机器数。机器数是带符号的，在计算机中机器数的最高位的1位是被当作符号位，用来存放符号，剩余的都是数值位

在符号位上，用 0 表示正数，用 1 表示负数

正整数的原、反、补码都相同

负整数的原、反、补码不尽相同

原码：直接将数值按照正负数形式翻译成二进制得到的就是原码

反码：原码的符号位不变，其他位次全部取反得到的就是补码

补码：反码 + 1 得到的就是补码

对于整数来说，数据在内存中都是以补码形式存放的，因为只有补码才方便机器将符号位和数值位统一处理，具体原理有些复杂，感兴趣的朋友可以自行查取资料

2. 大小端字节序和字节序判断

2.1 什么是大小端字节序

一个整数在内存中占据 4 个字节，它的大小已经超出了 1 个字节，那它的内存存储就必然需要把字节一一排序，这就是所谓的字节序。按照不同的存储顺序，我们分为大端字节序存储和小端字节序存储。

大端字节序：指的是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存则保存在内存的低地址位

小端字节序：指的是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存则保存在内存的高地址位

不同编译器不同环境的存储方式都有可能不同，我们常见的 X86 环境是小端模式，有些 ARM 处理还可以通过硬件来选择存储方式

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2.2 怎么判断当前机器的字节序

思路：我们的目的是判断字节序，因此可以从内存入手，并使用字符指针强转取出高位字节，此时再来判断就轻而易举

#include 

int main()
{
	int a = 1;
	if (*((char*)&a) == 1)
		printf("小端模式\n");
	else
		printf("大端模式\n");
	return 0;
}

运行结果如下

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3. 浮点数在内存中的存储

在讲这个之前，我们先来看一段代码

#include 

int main()
{
	float a = 99.7;
	printf("%f\n", a);
	return 0;
}

大家可以猜一下运行结果是什么？有人可能会说，不就是 99.7 嘛，用得着猜嘛。那我只能很遗憾的告诉你，回答错误

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奇了怪了，为什么会是这么个奇怪的数字呢？哎，我接下来要讲的浮点数在内存中存储就能为你答疑解惑

3.1 浮点数的存储

根据规定，任何一个二级制浮点数 V 都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 等于 0 时表示正数，当 S 等于 -1 时表示负数
• M 表示有效数字，且 M 是大于 1 小于 2
• 2^E 表示指数位

 举个例子：

十进制 5，写成二进制是 101，就相当于 1.01 * 2^2

此时 S = 0，M= 1.01，E = 2

对于 32 位的浮点数，最高 1 位存储符号位 S，接下来的 8 位存储指数 E，剩下的 23 位存储 M

对于 64 位的浮点数，最高 1 位存储符号位 S，接下来的 11 位存储指数 E，剩下的 23 位存储 M

                                                                                              32 位浮点数

3.2 浮点数存储的过程

• 因为 M 始终是大于 1 小于 2 的数，所以 M 的在存储的过程中整数部分可以省略，只保存小数部分
• 对于指数 E，在存入的过程中必须再加上一个中间数，8 位的 E 需要加上 127；11 位的 E 需要加上 1023

3.3 浮点数取出的过程

一般只看 E，E 不全为 0 或不全为 1 时，要把 E 的计算值再减去中间数（127/1023），得到真实值，再将有效数字 M 前加上第一位的 1；E 全为 0 或全为 1 的情况比较少见，表示的是无穷小和无穷大的数，无实际意义

结语

今天我们一起学习了整数和浮点数在内存中是如何存储的知识点；如有总结不到位的地方还请多多谅解，若有出现纰漏，希望大佬们看到错误之后能够在私信或评论区指正，博主会及时改正，共同进步！
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