深度剖析数据在内存中的存储 —— 整型 | 浮点型在内存中的存储 | 大小端字节序

本文重点

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1.数据类型的详细介绍

前面我们已经学习过C语言基本内置类型：

这里从两方面说明类型的意义：

1.1 类型的基本归类

整形家族

注：

注：如何理解有符号，无符号？

浮点型家族

构造类型

指针类型

空类型

2.整型在内存中的存储：原反补

对于计算机中整数原反补的表示方法，小边在上篇文章对二进制位操作的一系列操作符中已经详细聊过了，模糊的小伙伴点这哦：

小边同学强势总结【C语言操作符】

本文重点补充：为什么整形数据以补码形式存储在内存中？

1.可以将符号位和数值域统一处理；
2.加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器);

3.此外，补码与原码之间相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

3.大小端字节序介绍及判断

引：首先看看整型数据在内存中的存储

F10调试起来，打开内存窗口

这里就要介绍大小端字节序存储模式：

可见，vs2013采用的是小端（存储）模式。

为什么有大端小端之分？
概括来讲，就是一个数据大小超过1个字节，往内存中放，牵扯字节顺序问题。
不过边边还是贴上这一大段文字，有助加深理解：

这是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）。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。
因此就有了大端存储模式和小端存储模式。

百度系统工程师笔试题：（2015）

请简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个小程序来判断当前机器的字节序。（10分）

写代码：

#include<stdio.h>intcheck_sys(){int a =1;char* pa =(char*)&a;//强制类型转换return*pa;//我也可以不创建变量咯，干脆就写成//return (*(char*)&a);}intmain(){//若为小端存储，返回1//若为大端存储，返回0int ret =check_sys();if(1== ret){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return0;}

下面有几道练习题巩固加深理解至此本文聊过的内容：
（每道题都附上了边边的详细解析，小伙伴们先做做看哦）

下面程序输出什么？

#include<stdio.h>intmain(){char a=-1;signedchar b=-1;unsignedchar c=-1;printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);return0;}

剖析：

2.

#include<stdio.h>intmain(){char a =-128;printf("%u\n",a);return0;}

剖析：

3.

#include<stdio.h>intmain(){char a =128;printf("%u\n",a);return0;}

剖析：

4.

#include<stdio.h>intmain(){int i =-20;unsignedint  j =10;printf("%d\n", i + j);//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数return0;}

剖析：

5.

#include<stdio.h>#include<Windows.h>intmain(){unsignedint i;for(i =9; i >=0; i--){printf("%u\n", i);Sleep(1000);}return0;}

6.

#include<stdio.h>intmain(){char a[1000];int i;for(i=0; i<1000; i++){
        a[i]=-1-i;}printf("%d",strlen(a));return0;}

剖析：

#include<stdio.h>unsignedchar i =0;intmain(){for(i =0;i<=255;i++){printf("hello world\n");}return0;}

剖析：

习题到此结束。

4.浮点数在内存中的存储解析

举例引入——>浮点数存储的方式

问输出结果？

#include<stdio.h>intmain(){int n =9;float*pFloat =(float*)&n;printf("n的值为：%d\n",n);printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);*pFloat =9.0;printf("num的值为：%d\n",n);printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);return0;}

作为初学者的小边一上来就给出这样的答案：

然而：

这说明整形与浮点型，在内存中的存取方式不同。

不过没关系啦，读完本文你就豁然开朗咯！

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：

(-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: 1<=M<2。
• 2^E表示指数位。

举几个例子你就知道是咋回事咯：

IEEE 754规定：
1.float

对于32位浮点数，最高1位是符号位S，接着8位是指数E，剩下的23位为有效数字M。

2.double

对于64位浮点数，最高1位是符号位S，接着是11位指数E，剩下的是52位有效数字M。

细心的小朋友会发现，边边特意E和M的后面加上了修正值几个字：
这是因为，IEEE对有效数字M和指数E，还有一些特别的规定。（分为存和取来讨论）

1. M
   

   的修正值

前面聊过， 1≤M<2 ，也就是说，M要写成

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，从而提高精度。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。

1. E
   

   的修正值（稍稍复杂些）

(1) 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，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。

(2) 指数E从内存中取出 还要再分三种情况：

① 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：

• ①指数E的修正值，减去127/1023，得到真实值E;
• ②再将有效数字M前加上第一位的1，得到真实值M。

② e全为0

③ e全为1

此时，我们再把引入题目拿出来就可以轻松的解释了：