你了解C语言中数据是怎样存储的吗？

数据的存储

本篇重点

1. 数据类型介绍
2. 整形在内存中的存储：原码、反码、补码
3. 大小端字节序介绍及判断
4. 浮点型在内存中的存储解析

1.数据类型的介绍

C语言中有许多数据类型，不同的数据类型有着不同的意义。

1.1类型的基本归类

1.整形家族

1.char
signed char
unsigned char
2.short
signed short= =short
unsigned short
3.int
signed int= =int
unsigned int
4.long
signed long= =long
unsigned long
5.long long
signed long long==long long
unsigned long long

注意：char在内存中存的是其ASCII值，顾也可以归类为整形家族，char在绝大部分编译器下signed char= =char，但是也有其他编译器中unsigned char= =char。

2.浮点数家族

float
double

3.自定义数据类型

1.数组类型
2.结构体类型 struct
3.枚举类型 enum
4.联合类型 union

注意：为什么数组也是自定义家族？因为当元素个数不一样时，数组的数据类型也就不一样。

4.指针类型

int * pi;
char * pc;
float * pf;
void * pv;
…

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。

2.整形在内存中的存储

那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？

2.1原码，反码，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”

正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。
负数原码到补码的转换方法：1.符号位不变，负数的原码->负数的反码->负数的补码。2.符号位不变，从右向左数，遇到第一个1之前不变，其余数值位按位取反。

举个例子：-10

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么呢？
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，可以将符号位和数域统一处理；
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。

2.2大小端介绍

什么大端小端？
大端（字节序存储）模式：是指数据的低位字节的内容保存在内存的高地址中，而数据的高位字节内容保存在内存的地址中；
小端（字节序存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址中，而数据的高位字节的内容保存在内存高地址中。
注意：是以1个字节为单位

简单来看，倒着放就是小端存储，正着放就是大端存储；

为什么会有大小端模式之分呢？，这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地单元都对应着一个字节，一个字节为8 bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外，还有16 bitshort型，32 bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如何将多个字安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

一些例题分析

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

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

输出的结果是什么？

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

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

这个输出的结果又是什么？

3.浮点型在内存中的存储

注意：整形的取值范围可以在limits.h这个头文件中查看，
浮点型的取值范围可以在float.h这个头文件中查看。

3.1浮点数的存储规则

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，大于等于1，小于2。
• 2^E表示指数位。

举例来说：
十进制的5.0，写成二进制是 101.0 ，相当于 1.01×2^2 。
那么，按照上面V的格式，可以得出S=0，M=1.01，E=2。
十进制的-5.0，写成二进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2。

对于32位的浮点数的存储方式：

对于64位浮点数的存储方式：

IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。
前面说过， 1≤M<2 ，也就是说，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。这样做的目的，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。
至于指数E，情况就比较复杂。
首先，E为一个无符号整数（unsigned int）
这意味着，如果E为8位，它的取值范围为0_{255；如果E为11位，它的取值范围为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，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，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：
1.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（1/2）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
2.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.xxxxxx的小数。这样做是为了表示±0，以及接近于0的很小的数字。
3.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）；
好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里。

总结：

本篇主要学习了数据在内存中的存储，让大家了解这些数据的存储，以便大家能够解释一些问题，如果喜欢本篇，不妨点个赞，如果还想了解更多那就多多关注我，拜拜！