C语言数据在内存中的存储

1.整数在内存中的存储

我们知道数据在内存中都是以2进制的形式存储的；比如int,char,double,float这些类型的数据都是以2进制的形式去存储的，那么这些数据又是如何去存入/取出的呢？

前面我们知道，整数分为有符号整数和无符号整数；而整数在内存中存储有三种表示方式，分别是原码，反码和补码；三种表示方式均分为符号位和数值位；

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。

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。

对于有符号的整数来说原码，反码和补码是要进行计算的，而对于无符号的整数来说原码，反码和补码来说都相同；下面我们来一一介绍：

有符号整数

对于有符号整数来说，分为正数和负数；

正数的原码，反码，补码相同；

负数的原码，反码和补码要进行计算；

举例说明：

对于有符号整数来说最高位是符号位，0表示正数，1表示负数；后面31位表示数值位也就是有效位；

无符号整数

无符号整数的32个比特位都表示有效位；

举例说明：

2.大小端字节序

我们在观察内存的时候，不难发现我们观察到的数据储存是倒着存的；

比如：

我们发现是先存44 33 22 11；这种倒着存放数据的也就是我们的小端字节序存储；

什么是大端，什么又是小端呢？

大端存储：是指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容，保存在内存的低地址处。

小端存储：是指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容，保存
在内存的⾼地址处。

这个不难理解，

练习1

判断当前机器上大端还是小端存储；

可以用指针来，也可以用联合体来表示，联合体的方法可以看前面的联合体介绍；

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

练习2

#include <stdio.h>
int main()
{
 char a= -1;
 signed char b=-1;
 unsigned char c=-1;
 printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);
 return 0;
}

题目解析：

这里出现了一个词，整形提升；

如果我们要打印一个将一个char或者short以int类型去打印的话，我们是不足32个比特位的（char 8bit）（short 16bit），那么我们就要补齐剩下的位，那么这里也分2种情况；

如果是无符号整形的话，直接补0即可；

如果是有符号整形，按自己的符号位往上补；也就是我们上面的那种情况；

接下来我们继续：

练习3

#include <stdio.h>
int main()
{
 char a = -128;
 printf("%u\n",a);
 return 0;
}

题目解析：

练习4

#include <stdio.h>
int main()
{
 char a = 128;
 printf("%u\n",a);
 return 0;
}

题目解析：

我们发现不管是有符号的char，还是无符号的char这貌似是一个循环；

所以这一题可以显而易见的看出我们存进去的依旧是-128；

那么打印的结果就是跟上一题一样；

练习5

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

题目解析：

练习6

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
 for(i = 0;i<=255;i++)
 {
 printf("hello world\n");
 }
 return 0;
}

题目解析：

3.浮点数在内存中的存储

首先我们先来看一段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
 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);
 return 0;
}

对于这个答案我们很疑惑；

这就涉及了浮点数在内存中的存放和取出的规则了，下面一起来了解一下浮点数的存放和取出的方式；

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：
V = (−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，M是⼤于等于1，⼩于2的

• 2^E 表⽰指数位

如果我们要把它写成上面那种形式的话就是：

IEEE 754规定：
对于32位的浮点数，最⾼的1位存储符号位S，接着的8位存储指数E，剩下的23位存储有效数字M(float)
对于64位的浮点数，最⾼的1位存储符号位S，接着的11位存储指数E，剩下的52位存储有效数字M(double)

1.浮点数存的过程

前面我们知道，M是大于等于1，小于2的，通常写成1.xxxxxxxx，所以再存浮点数的有效数字M的时候不会去存小数点前面的1，只会存小数点后面的数，等取出来的时候再放个1放前面；

对于指数E来说，它是一个无符号的整数，但是指数E是可能为负数的，比如0.5，此时指数E为-1；所以IEEE 754规定，在存入E的时候加上一个中间数，如果是4位浮点数的话就加上127，如果是8位浮点数的话就加上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。

我们举例说明：

2.浮点数取的过程

S和M取出的方式比较简单，主要E情况特殊，有三种情况：

1.E不为全0或不为全1

这种情况是属于正常的情况，取出来的时候直接减去127（1023）即可；

⽐如：0.5 的⼆进制形式为0.1，由于规定正数部分必须为1，即将⼩数点右移1位，则为1.0*2^(-1)，其阶码为-1+127(中间值)=126，表⽰为01111110，⽽尾数1.0去掉整数部分为0，补⻬0到23位00000000000000000000000，则其⼆进制表⽰形式为:

0 01111110 00000000000000000000000

2.E为全0

这种情况比较特殊，我们加上了127（1023）最后E还是为全0；那只有可能E为-127（-1023），说明这是一个无限接近于0的数字；此时就不能直接减去中间数了，这个时候1-127（1-1023）即为真实值；有效数字也不在加上一，而是加上0；这样做是为了表⽰±0，以及接近于0的很⼩的数字；

3.E为全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）；

0 11111111 00010000000000000000000

题目解析：

下面我们来看一下最开始的那一道题目；