【C语言】数据在内存中的存储_c语言 111在内存中怎么表示出来-优快云博客

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一、前言

我们都知道，数据存储在内存中，而计算机只认识0与1，那么数据在内存中的存储是什么样的呢？接下来本文章讲述整数、浮点数、大端与小端的存储方式，若是有一些东西没有讲到，也请大家多多海涵！

二、整数在内存中的存储

我们在文章《操作符详解》中介绍过了整数的二进制表示方式有三种：原码、反码、补码，这里我就再简单介绍一下：

有符号的整数，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”，最高位的一位是被当做符号位，剩余的都是数值位。

正整数的原码、反码、补码都相同
负整数的原码、反码、补码都不同

原码、反码、补码转化规则

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：对除符号位的位数按位取反得到
补码：反码+1

如下为1 与 -1 的原码、反码、补码
在这里插入图片描述
回归正题！在计算机的内存中，对于整数而言 储存的是整数的补码 ！这是为什么呢？原因如下：

使用补码，可以将符号位和数值域统一处理
同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路

下面我举个1 + -1的运算过程(X86架构下)

1的补码为： 00000000 00000000 00000000 00000001

-1的补码为： 11111111 11111111 11111111 11111111

我们让两者相加，我们会得到：1 00000000 00000000 00000000 00000000，因为处于32位系统下，得到的33位数的数据会舍弃一位，也就是1，所以我们得到的是 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 也就是0

三、大小端字节序

什么是大小端字节序？

在内存的数据存储中，超过一个字节的数据在内存中存储的时候，就有存储顺序的问题，按照不同的存储顺序，我们分为大端字节序存储和小端字节序存储

大端字节序存储

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

小端字节序

数据的地位字节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

单靠文字是比较难理解的，下面我们举个例子：

#include <stdio.h>
int main() {
	int i = 0x11223344;


	return 0;
}

在这里插入图片描述

一、第一张图中，我们可以看出我们定义的数字 i 在内存中是倒着存储的
二、第二张图中，我们把每个字节的地址都显示了出来，我们知道一般地址大的为高位地址，如0x000000EF2C93F845 与 0x000000EF2C93F844相比，0x000000EF2C93F845是高位地址，对于数据如：0x11223344，字节高低是从左往右降低的，也就是11最高，44最低，所以我们可以看出这是一个大端存储方式

使用代码判断大小端存储

在计算机中我们同时可以使用代码判断计算机的存储方式：
假设我们定义一个1，1 的16进制为 0x00000001，而我们对其取地址可以获得它的第一个字节的地址，也就是高位地址，那么我们就可以通过判断这个高位地址的数值来判断大小端存储

#include <stdio.h>
int main() {
	unsigned int x = 1;
	char* ch = (char*)&x;

	if (*ch == 1) {
		printf("大端\n");
	}
	else {
		printf("小端\n");
	}

	return 0;
}

在这里插入图片描述

四、浮点数在内存中的存储

浮点数在内存中的存储与整数在内存中的存储大不相同，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：

公式： 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

多说无益，下面我们举个例子：
对于浮点数 6.5来说，我们转化为二进制为：110.1，因为5的二进制为101，所以这里可能会有很多人误解为是110.101，那么为什么不是呢？下面我们就看一张图：
在这里插入图片描述
正是因为 0.5 等于 2^-1 ，所以得到的转化结果为 1 ，所以才为 110.1 ，而不是 110.101。既然我们已经知道了 6.5 的二进制为 110.1 ，那么我们可以知道 S=1，M=1.101，E=2，那为什么E=2呢？有可能有些人也不太能理解，下面我做一下解释：
我们将十进制下的 1234 换成科学计数法为 1.234* 10³ ，而对于110.1来说是处于2进制的，说以转化为科学计数法为： 1.101 * 2³

在内存中浮点数储存的内存划分

我们知道有了上面的公式，那么我们就可以变化不同的S、M、E来存储不同的浮点数，其实在内存中S、M、E的值都有相应的内存位置，请看下面的图：
在这里插入图片描述
在内存中浮点数(S、E、M)按照这样的排布存储

浮点数存储的过程

M的存储规定
因为1≤M<2 ，所以M可以写成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，这样可以节省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。
E的存储规定
E时一个无符号位(unsigned int)的整数，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 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，2¹⁰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