数据的存储

1. 数据类型的介绍

数据基本的内置类型有：

对于不同的类型都有对应的存储空间大小。

对于类型而言，有怎样的意义呢？

1. 不同的类型有对应的存储空间大小，不同的大小决定了使用范围。

2. 不同的类型会有不同的看待内存空间的视角。

1.1 类型的基本归类

对于整形：

对于short而言，它可以分为unsigned short [int] 与 signed short [int] 2种，我们称short为短整形，它默认是有符号的,当在表达无符号的短整型和有符号的短整型时int 可以省略也可以加上，signed short 等价于short。

对于int 和long，它们默认的也是有符号的，同时它们也还可以分为 unsigned int(无符号的int) 与 signed int （有符号的int） 和 unsigned long [int]（无符号的long） 与 signed long [int]（有符号的long），signed int 等价于 int，signed long等价于 long。

对于char而言，char是否有符号是取决于编译器的，除此之外char也可以分为 unsigned char (无符号的char) 与 signed char （有符号的char）。

对于有符号和无符号而言又应该如何理解呢？

对于有符号的数据，最高位是符号位，当最高位是0时，表示的是正数，当最高位是1时，表示的是负数。例如：对于温度 有-1摄氏度和10摄氏度。

对于无符号数来说，最高位也是数据位，可以理解为无符号数只有正数（放到有符号数中去理解，相当于此时符号位为0）。

当有符号数和无符号数放到同一种类型中去分析时，它对应的变量取值范围是不一样的。例如：short->2个字节->16bit,此时能表示16个2进制位，它所能表示的2进制范围为 -32768~32767（有符号的），0~65535（无符号的）。

对于浮点数：

对于构造类型：

以上这几种属于是构造出来的类型，为什么说数组类型也是构造类型中的一种呢？

对于指针类型：

首先要明确指针变量（像上面的pa,pb,pc,pd都是不同指针类型下的指针变量）是用来存放地址的，对于不同的指针类型它的大小都为 4个字节或者8个字节(到底是4个字节还是8个字节，这是看你是32位机还是64位机来判断的)。

对于不同类型的指针，不同的类型决定了：1.当对指针解引用的时候有多大的权限（能操作几个字节） 比如：char* 的指针解引用就访问一个字节，而int* 的指针解引用就访问4个字节。

2.当指针在进行+-整数时，指针的类型决定了指针向前或者向后走一步的距离有多大。

空类型：

void表示空类型（无类型）

通常用于函数的返回类型，函数的参数，指针类型。

用于函数的返回类型举例：

void用作指针类型时举例：

void指针：void*

可以用其指代任何类型的指针，但是不能用void指针直接进行操作 且 只能转换成对应类型指针后才可以操作。

2.整形在内存中的存储

对于变量而言，它的创建是要在内存中开辟一块空间的，而对于空间的大小是由不同的变量类型去决定的。

例如：

那么它在内存中是如何去存储的呢？

2.1 原码，反码，补码

在计算机中有3种方法去表示整数，即：原码，反码，补码。

对于这3种方法来说，它们均有符号位和整数位这2部分，符号位用1表示“负”，用0表示“正”，当符号位为正时，原码=反码=补码，当符号位为负时，它们的原码和反码和补码的表示方法都不相同。

当符号位为负数时：

原码 十进制数据的二进制表现形式就是原码，原码最左边的一个数字就是符号位

反码 原码的符号位不变，其余依次按位取反

补码 反码+1

对于一个整形数据来说：数据存放到内存中其实放的是补码的形式。

怎么证明存放的是补码呢？

接下来我们来看看内存中的存储：

我们看，16进制表示的内容以补码的形式在内存中存储，可是为什么最后呈现这样一种顺序呢？

2.2 大小端的介绍

大小端是什么呢？

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；

当整形变量的内容存储到内存中时，内存会以一种形式去呈现，这样的一种呈现形式可以把它叫做大端（存储）模式或者叫小端（存储）模式。

3. 浮点型在内存中的存储

3.1 浮点数存储规则

关于浮点数存储规则讲解：

根据国际标准IEEE 754，任意一个二进制浮点数A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时，A为正数；当S = 1，A为负数。

M表示有效数字，大于等于1，小于2。

2^E表示指数位。

例如：

十进制的6.0，写成二进制是110.0，相当于1^0 * 1.10 * 2^2。

按照上面A的格式，可以知道 S=0，M=1.10，E=2。

十进制的-6.0，写成二进制是-110.0，相当于1^1 * -1.10 * 2^2。

按照上面A的格式，可以知道 S=1, M=1.10, E=2。

单精度浮点数存储模型：

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。

双精度浮点数存储模型：

对于64位的浮点数，最高位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M。

IEEE 754对于有效数字M和指数E，还有一些特别的规定，

因为 1≤M<2 , 也就是说，M可以写成1.××××××××××的形式，其中××××××××××表示小数部分。

当计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以舍去，只保留后面的××××××××××部分，比如保存1.10时，只保存10，等到读取的时候，再把第一位的1加上去。这样的目的是节省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。

对于指数E,情况复杂些：

首先E为一个无符号整数（unsigned int）

这意味着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，对于科学计数法中的E是可以出先负数的，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。

然后针对指数E，当我们从内存中取出时还可以再分成三种情况：

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，即指数E的计算值减去127（或1023），得到真实值，再将有效数字M前加上第一位的1。

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=126，表示为01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000，则其二进制表示形式为：

0 01111110 00000000000000000000000

E全为0

这时，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.××××××××××的小数。这样做是为了表示±0，以及接近于0的很小的数字。

E全为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）；

首先引入一个程序，如下图所示：

第一部分：

通过最上面那张图的运行结果来看，对于int和float而言，它们对应的都是4个字节的空间，但是当我们去打印时会发现，n打印的结果为9，而当我们把int*类型的内容强制转化为float*的内容并且去解引用时会发现表示的内容不在是9，而是一个其它的数字，由此可以发现，不同类型的数据在存储和读取时是有一定差异的。

可是为什么 printf("FLOAT的值为：%f\n",*FLOAT);打印的结果会为0.000000呢？

9为整数，对应二进制为（28个0）1001 ，而此时放到FLOAT中，因此被当成是float类型的数据 0（S） 00000000（E）（E全为0） 00000000000000000001001（M），

E = 1-127=（-126）； M=0.00000000000000000001001 ； S=0 ，

此时为 （-1）^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^(-126) ，此时打印的结果为

0.000000。

第二部分：

对于printf("n2的值为：%d\n",n); ，

浮点数9.0它为一个正数，S=0，9.0对应的二进制为1001.0，可以写为1.001 * 2^3,其中E=3，M=1.001，根据规则最后在内存中保存E的结果为（3+127=130）130的二进制

最后可以表达为 （-1）^0 * 1.001 * 2^3

在内存中存储的二进制形式为：0 10000010 00100000000000000000000

此时把这个二进制当成整数去打印，结果为1091567616