数据在内存的存储

1.数据类型介绍

在进行相关的讲解之前，我们可以一起回忆一下数据的基本内置类型。

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

而在此基础上继续细分：

1.1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]

1.2浮点数家族

float
double

1.3构造类型

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

1.4指针类型

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

1.5空类型

空类型即void函数，通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。而相关的空指针void *，从某种程度上运用更加广泛。==任何类型的指针都可以直接赋值给void *，从而无需进行强制类型转换。==当然并不意味着，void *也可以无需强制类型转换地赋给其它类型的指针。因为"无类型"可以包容"有类型"，而"有类型"则不能包容"无类型"。

2.整形数据在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间，空间的大小是根据不同的类型而决定的。而对于目前的计算机而言，整数一共有三种2进制表示方式，分别是原码、补码与反码。

2.1大小端模式介绍

• 大端（存储）模式：是指一个数据的低位字节序的内容放在高地址处，高位字节序存的内容放在低地址处。
• 小端（存储）模式：是指一个数据的低位字节序内容存放在低地址处，高位字节序的内容存放在高地址处。（可以总结为“小小小”即低位、低地址、小端）

在计算机系统中，我们是以字节为单位存放数据的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。但在C语言中存在不同的数据类型，占用的字节数也各不相同，那么就存在怎样存放多个字节的问题，因此就出现了大端存储模式和小端存储模式。

我们可以创建一个整型变量i，在调试时，打开调试>>窗口>>内存，输入&i，就可以在内存窗口中看到变量i在内存中是如何存储的了。

由此我们可以通过观察低地址处存放的内容来判断当前机器的存储模式，那么我们可以设计一个小程序来判断当前机器的存储模式。

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

2.2原码、反码、补码

计算机中的符号数有三种表示方法即原码、补码、反码。正数的原、反、补码都相同。
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”，而数值位三种表示方法各不相同。

原码
直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。
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了。
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。

我们来举一个例子

int b = -3;
-3的二进制原码为：10000000 00000000 00000000 00000011
反码为：111111111 11111111 11111111 11111100
补码为（反码+1）：111111111 11111111 11111111 11111101，
则最后-3存储进计算机的二进制码为111111111 11111111 11111111 11111101。
同理，1的补码00000000 00000000 00000000 00000001
-1的补码111111111 11111111 11111111 11111111
二者相加则得1 00000000 00000000 00000000 00000000
而此时显然出现了33bit，会发生数据截断（int类型应当只有32bit）
数据截断时，将数据的高字节数据截去,只保留低字节部分
那么将第33位数字截去，则剩下00000000 00000000 00000000 00000000
即0，即1+（-1）= 0，显然符合了我们日常所学的框架

3.浮点型在内存中的存储

根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会），任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：
(-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，大于等于1，小于2。
2^E表示指数位。
举例来说：
十进制的5.0，写成二进制是101.0，相当于1.01×2^2。 那么，按照上面V的格式，可以得出s=0，M=1.01，E=2。
十进制的-5.0，写成二进制是-101.0，相当于-1.01×2^2。 那么，s=1，M=1.01，E=2。

对于64位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M。

但IEEE 754 指出
关于M
M永远 1≤M<2 ，也就是说，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。
关于E
首先，E为一个无符号整数（unsigned 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数， 对于8位的E，这个数是127；对于11位的E，这个数是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

指数E从内存中取出还可以再分成三种情况

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。
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±0，以及接近于0的很小的数字。
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）。

例题

int main()
{
	int n = 9;
    //正数 S = 0
	//0 00000000 00000000000000000001001  这是9的补码
	//E为全0
	//E直接就是1-127 = -126
	//M = 0.00000000000000000001001 因为E = 0，所以M以0.xx结尾
	//0.00000000000000000001001 * 2^-126  接近0
	float* pFloat = (float*)&n;//这一步是以float类型取出9
	
	printf("n的值为：%d\n", n);//9
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//0.000000

	*pFloat = 9.0;//这一步是将9.0以浮点型存储进去
	//1001.0
	//(-1)^0 * 1.001*2^3
	//S = 0
	//E = 3 + 127 =  130
	//M = 1.001
	//0 1000 0010 0010 0000 0000 0000 0000 000
    //01000001000100000000000000000000 = 1091567616
	printf("num的值为：%d\n", n);//1091567616
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.000000

	return 0;
}