C语言——数据在内存中的存储

文章目录

• 前言
• 1.数据类型介绍
• 2.整形在内存中的存储
• 3.浮点数在内存中的存储

---

前言

本篇文章主要带领大家学习数据在内存中的存储，如有错误请大佬指出。

---

 1.数据类型介绍

现来介绍一下基本的内置类型,及它们的长度.

 那么类型的意义是什么呢？

       1.使用这个类型开辟空间的大小（大小决定了使用范围）.

       2.如何看待内存空间的视角.

1.1类型的基本归类

主要分为整形家族，浮点数家族，构造类型，指针类型，空类型，这里主要就是简单介绍一下。

整形家族

浮点数家族

构造类型

 指针类型

空类型

void表示空类型也就是无类型，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

我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。

那么数据在所存的空间里究竟是如何存储的呢？

例如：int a=20；int b=-10；

我们都知道为整形 a分布的内存为4字节，那么具体如何存储呢？

在此之前我们需要先了解以下内容

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”，而数值位则有数字大小决定。

正数的原码，反码，补码相同

负数的原码反码补码则不尽相同

如 b 的原码，反码，补码为：

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。

我们看看在内存中的存储：

 如图，我们分别看到a和b在内存中存的都是补码，但是顺序又有点不一样（a的补码转为十六进制为：0X00000014，b的补码转为十六进制为：0Xfffffff6）

这是为什么呢？

2.2大小端的介绍

什么是大小端

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。

 为什么有大端和小端

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，每个地址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 bit的short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，例如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节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。
例如：一个 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x0010 ， x 的值为 0x1122 ，那么 0x11 为高字节， 0x22 为低字节。对于大端模式，就将 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式，而 KEIL C51 则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

那么如何判断当前所使用的机器是大端还是小端呢？

逻辑如下：我们利用char类型截取所存储的数据的第一个字节，然后判断第一个字节是否能和数值对上，若是相同则是小端存储，否则就是大端存储。

int main()
{
	int a = 1;
	char* b = &a;
	if (*b == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

效果如下：

3.浮点数在内存中的存储

常见的浮点数

3.14159
1E10
浮点数家族包括： float、double、long double 类型。

浮点数表示的范围：float.h中有定义

3.1一个例子

浮点数存储的例子

int main()
{
int n = 9;
float *pFloat = (float *)&n;
printf("n的值为：%d\n",n);
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为：%d\n",n);
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
return 0;
}

大家可以算一下打印出来的四个值分别是什么。

结果如下：

 是不是和大家计算的有点出路呢，那么是为什么呢

3.2浮点数存储规则

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：

1.(-1)^S * M * 2^E
2.(-1)^S表示符号位，当S=0，V为正数；当S=1，V为负数。
3.M表示有效数字，大于等于1，小于2。
4.2^E表示指数位。

举个例子：

那么浮点数具体是如何在内存中储存的呢，我带领大家来探讨一下。

IEEE 754规定：
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。

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。

 

 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：

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

 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。

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）；

关于浮点数的规则我们就说到这里。

那么我们在分析一下前面的题目：

 

总结

以上就是今天要讲的内容，本文主要介绍了基本的内置类型及整形在内存中的存储