【C语言进阶】数据在内存中的存储-优快云博客

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一、数据类型的介绍

一、数据类型的介绍

目前我们接触的有以下7钟数据类型：

char //字符数据类型
shor //短整型
int //整形
long //长整型
long long //更长整形
float //单精度浮点数
double //双精度浮点数

我们都知道在C语言中，用0表示假，用非0表示真。

int main()
{
    int flag=0;
    if(flag)
    {
         //!flag;表示假
    }
    return 0;
}

而C99中引入了布尔类型

_Bool 变量名=ture或者false；

介绍完这类数据类型，我们会想不同的数据类型有什么意义？

使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
如何看待内存空间的视角。

知道这些之后，我们来归类一下这些数据类型：

1.类型的归类

整形家族：

ps：因为字符的ASCII码值是个数字，所以也将char类型归类到整形家族。

unsigned无符号；signed有符号(一般编译器自动帮我们加上，因此可以省略不写)。

char有无符号取决于编译器，一般时signed(有符号).

对于有无符号我们可以举个例子来了解：

至于第二个b为什么会输出一个这么大的数，我们往下会讲。

浮点数家族：

构造类型：

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。

二、整形在内存中的存储

我们知道创建一个变量是要在内存中开辟空间的，开辟空间大小由类型决定。

比如：

int a=10； //a分配了4个字节
char b=10；//b分配了1个字节

ps：想知道类型大小可以用sizeof()函数计算。

2.1原码，反码，补码

之前整形提升我们有了解到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，整数的原码，反码，补码都一样，而负数的都不相同。

负数三种码的表示：

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。

反码：符号位不变，其他位按位取反。

补码：反码+1就得到补码。

ps：对于整形来说内存中存储的其实是补码。

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。

举例：

用计算机计算1-1，但是计算机只有加法器，因此通过处理1-1变为1+(-1):

接着我们回到上面b为什么这么大的问题上：

b=-10;现在我们知道-10在内存中是补码存储形式存储的。

要将这个数字转换成无符号数输出，则会直接输出补码的二进制序列，我们将这个数字放在计算器中转换为时间结果如下：

我们来看看刚刚的a和b在内存中的存储：

我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。这又是为什么呢？

要解释这个问题就要引进两个新的概念大端存储和小端存储。

三、大小端介绍

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。

举例：

1在内存中如下：

当存储方式是以下：

小端：

大端：

了解完大小端，我们就可以发现我们上面的存储模式是小端存储。但问题又来了，为什么有大小端呢？

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。

四、浮点型在内存中的存储解析

4.1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中定义

%f或%lf默认小数点为6位

4.2浮点数存储规则

根据国际标准IEEE（电器和电子工程协会）754，任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：

(-1)^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。

举个例子：

十进制的5.0，写成二进制是101.0，相当于1.01*2^2.

那么按照上面的讲法，此时s=0；M=1.01，E=2.

十进制的-9.0，写成二进制是-1001.0，相当于-1.001*2^3.

此时s=1；M=1.001，E=3.

IEEE 754规定：

对于32位浮点数，最高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为的浮点数，最高1位是符号位s，接着11位是指数E，剩下的52位是有效数字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。所以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，因此可以社区，只保存后面的XXXXXX部分。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:

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）；

举个例子：

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;
}

输出结果：