深度剖析数据在内存中的存储------原码，反码，补码，整形提升

一、数据类型介绍

1.整型家族

char:unsigned char、signed char

short：unsigned short、signed short

int：unsigned int、signed int

long：unsigned long、signed long

值得注意的是，char类型也属于整型家族原因是：字符本质为ASCII值，是整型，所以划分到整型家族。另外char究竟是singed char还是unsigned char取决于编译器的底层实现。

2.浮点数家族
float、double、long double

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

4.指针类型
int * 、char *、float*、void* ……

5.空类型
void 表示空类型（无类型）
通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型等

二、整型家族
1.原、反、补码

计算机中的整数有三种2进制表示方法，即原码、反码和补码。

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”。

2.大小端字节序而数值位正数的原、反、补码都相同。负整数的三种表示方法各不相同。

原码:直接将整型数字按照正负数形式翻译成二进制，即可得到原码

反码:将原码的符号位不变，其他位依次按位取反即可得到反码

补码:将反码加一即可得到补码

所以，我们可以把原码补码的转换，符号位不变，其他按位取反再+1

 2.大小端字节序

什么是大端小端：

大端（存储）模式：是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；
小端（存储）模式：是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位,，保存在内存的高地址中。

 

为什么说上面的是大端存储模式，下面是小端存储模式呢?

可以看见0x11223344 最后面的44是低位，然后在大端存储模式下44是放在内存的高地址位，根据上面的概念可以得出，大端模式，低位在内存的高地址存储就是大端模式。

为什么下面是小端存储模式：
0x11223344 44是放在内存的低地址处，根据上面的概念可以得出，小端模式，低位在内存的低地址存储就是小端模式。
 

 

3.整型提升

C的整型算术运算总是至少以缺省整型(即默认整型)类型的精度来进行的。
为了获得这个精度，表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型，这种转换称为整型提升。

整型提升的意义：
表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执行，CPU内整型运算器(ALU)的操作数的字节长度
一般就是int的字节长度，同时也是CPU的通用寄存器的长度。
因此，即使两个char类型的相加，在CPU执行时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准长
度。
通用CPU (general-purpose CPU) 是难以直接实现两个字节直接相加运算(虽然机器指令中可能有这种字节相加指令)。所以，表达式中各种长度可能小于int长度的整型值，都必须先转换为int或unsigned int，然后才能送入CPU去执行运算。
 

整型提升的规则:

整型提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的，若无符号直接补0。

 

4.有无符号的数据区分
以char类型为例:

字符型数据char可分为unsigned char(无符号)和signed char(有符号)

具体char代表的是有符号字符型还是不符号字符型，取决于你编译器的具体实现。以VS2019为例，char所代表的便是signed char。

 由此可见，signed char的取值范围是-128到127，unsigned char的范围是255.

 

三、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)754，任意一个二进制浮点数可以表示成下面的形式:

(-1)^S * M * 2^E（即用科学计数法表示）

IEEE 754规定
(1)对于32位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M。

(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。

M
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，只保存后面的小数部分，读取时再将第一位的1加上。节省一位有效数字，可提高小数部分的精确度。

E
(1)放入

E为一个无符号整数。若E为8位，它的取值范围位0-255。若E为11位，它的取值范围为0-2047。

但科学计数法中的E是可以出现负数的。所以IEEE 754规定，存入内存时E的真实值必须加上一个中间值。对于8位的E,中间值位127。对于11位的E,中间值为1023。

(2)取出

1.E不全为0或不全为1

        E减127(1023)得E的真实值——即正常反向计算

2.E全为0

        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.xxx的小数。这样是为了表示+/-0，以及接近于0的很小的数字。