【C语言】：数据在内存中的存储

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于 2025-05-29 00:01:43 首次发布

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引言

计算机的底层世界是由二进制位构成的，每一个数据最终都要转化为这些 0 和 1 的组合才能被存储和处理。内存作为计算机中用于临时存储数据的部件，其本质是一系列有序的存储单元，每个单元都有唯一的地址，就像城市中每栋建筑都有自己的门牌号一样。

C 语言作为一种接近底层的编程语言，赋予了程序员对内存较强的操控能力。不同类型的数据，如整数、浮点数、字符以及复杂的结构体等，在内存中的存储形式和占用空间各不相同。这种差异不仅影响着程序的运行效率，还与数据的精度、范围以及程序的稳定性密切相关。

了解 C 语言数据在内存中的存储方式，不仅能够帮助我们编写出更高效、更可靠的代码，还能让我们在面对程序中的内存错误，如数组越界、野指针等问题时，具备更敏锐的洞察力和更强的调试能力。

从本质上讲，研究 C 语言数据在内存中的存储，就是在探索计算机处理信息的底层机制，这对于理解程序的运行原理、优化程序性能以及掌握更高级的编程技术都具有至关重要的意义。让我们一起走进这个充满奥秘的内存世界，揭开 C 语言数据存储的神秘面纱。

一.整数在内存中的存储

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是二进制补码。

无符号整数的原码，反码，补码都相同；

有符号整数中：

正整数的原码，反码，补码都相同；

负整数的原码，反码，补码，各不相同；

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得到反码。

补码：反码+1就得到补码。

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储，原因在于，使用补码可以将数值位和符号位统一计算处理

二.大小端字节序

当数据存储超过一个字节的时候，就产生了存储顺序的问题。

输入数据（33 22 11 00）

大端字节序存储：是指数据的低位字节内容保存在内存的高地址处，数据的高位字节内容保存在内存的低地址处。

“顺序 ”

小段字节序存储：是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处，数据的高位字节内容保存在内存的高地址处。

“逆序”

大小端（Endianness）的差异源于早期计算机设计中对数据存储顺序的不同选择。

例如：IBM和Motorola倾向于大端序，而Intel采用小端序。

程序：判断当前机器的字节序

#include<stdio.h>
int main() {
	int i = 1;
	int r = (*(char*)&i);
	if (r == 1) {
		printf("小端\n");
	}
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

三.浮点数在内存中的存储（lioat,double,long double类型）

1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

IEEE754规定：
对于32位的浮点数（float），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。

对于64位的浮点数（double），最高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。

2浮点数存的过程

IEEE754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

M：1<=M<2，M写成1.xxxx的形式，其中xxxx表示小数部分。在计算机内部保存M时，默认M的第一位总是1，因此，可以被省略，只保存后面的小数部分；等到读取的时候，再把第一位的1加上去。

E（情况复杂）：E为一个无符号整数（unsigned int），若E为8位，则E的取值范围为0~255；如果E为11位，则E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，所以在规定的时候，存入内存时E的真实值必须加上一个中间数，对于8位的E，中间数为127，对于11位的E，中间数为1023。