[C++知识库] C语言中各类型的内存存储

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[C++知识库]C语言中各类型的内存存储

整型家族

目前已经学了的数据类型：

char——1
short——2
int——4（在16位电脑是2个字节，32位电脑是4个字节）
long（sizeof（long）≥sizeof（int））
long long——8
float——4
double——8

其中还有布尔类型：(但是布尔类型在c99中才引入)

#include <stdio.h>
int main()
{
    _Bool flag=true;
    if(flag)
    {
        printf("hehe\n");
    }
    return 0;
}

要进行内存存储的学习，我们要先把学过的类型做以下分类讨论：

整型家族

整型家族中的每个类型又分为有无符号类型，而以下的类型都默认为：

int===>signed int
long===>signed long
short===>signed short

但char≠signed char，要取决于编译器，常见的编译器下都是char===》signed char

我们都知道无符号数不能存储有符号的数字，但请看下面的代码：

#include <stdio.h>
int main()

{
    unsigned int num=10;
    printf("%d\n",num);
    num=-10;
    printf("%d\n",num);
}

此时输出的依然是10? ? ?-10，为什么呢？

是因为我们用有符号数的方式打印出来了无符号数，且把有符号数字赋给了无符号数，此时只能打印出有符号了。

unsigned int也是四个字节存储空间，于是使用%d的时候就可以用有符号数的形式输出了。

应该改为：

#include <stdio.h>
int main()
{
    unsigned int num=10;
    printf("%u\n",num);
    num=-10;
    printf("%u\n",num);
}

此时的输出结果才正确：

为什么会有这么大的差异？我们这里先保有一些疑惑。

浮点型家族：

float——4
double——8

构造类型（自定义类型）：

数组类型
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union

指针类型：

int*
char*
float*
void*

空类型：

void

整型的内存存储

输入下列代码并按下f10运行后：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a=10;
    int b=-10;
    return 0;
}

在调试器的内存窗口中我们可以看到如下：

我们都知道a是用四个字节空间存储的，那么a是以怎样的方式进行存储的呢？

原码反码补码

整数在计算机中都是以二进制形式的原码，反码，补码的方式表示的。

三种表示方法都有符号位和数值位的概念，最高位上若为0，则表示为正数，若最高位上为1，则为负数。

内存中是以二进制的补码来存储的。

原码：二进制原本的样子

反码：将符号位保留，数值位上的其他位数全部取反

补码：在反码基础上将最低位+1，便得到补码。

（Tip：在这里要注意反码与学习的“~”按位取反操作符不同，按位取反是将二进制（包括符号位）上的所以位置都取反，而反码是符号位不变，其他为按位取反。）

而正数与负数的原、反、补码并不相同：

Q：整数为什么在内存中以补码的形式存在？

计算器中只有加法器。

计算器中是无法计算1-1的，而只能用1+（-1）的方式来计算。

下面让我们来验证此时整型在运算中是以原、反、补码哪种方式进行运算的。

若为原码：

若为补码：

?通过验证，我们可以知道运用补码运算才是正确的结果，而原、补码的转换也相对容易：原码→补码（取反、+1）补码→原码（也是取反、+1）

所以，计算机中整型以补码形式存在并进行运算。

? ?创造一个变量int a=0x11223344，运行后打开编译器的内存窗口，我们会发现内存窗口中并不是以11223344的顺序存储的，这是为什么呢？这就相关大小端字节序的问题了。

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

大小端字节序

在我们创造一个变量int a=0x11223344时，打开我们的内存窗口，会发现并不是以11223344的顺序存储的，这是为什么呢？这就相关大小端字节序的问题了。

大端字节序存储：低字节的数据存放在高地址处，高字节的数据存放在低地址处。

小端字节序存储：高字节的数据存放在高地址处，低字节的数据存放在低地址处。

Q:为什么会有大小端字节序之分？（以下来源于百度出的内容）

作者：starmier

链接：为什么会有大小端模式之分呢？ - 简书

来源：简书

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8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit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。

在搜索大小端字节序相关知识的时候，偶然发现了一道十分有趣的题目，想在这里记录下：

百度神奇题目：简述大小端字节序的概念，并写一个小程序来判断大小字节序。

方法一：
#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 1;
  char* p = (char*)&a;
  if (1 == *p)
  {
    printf("小端");
  }
  else
  {
    printf("大端");
  }
  return 0;
}
方法二（方法一改良）：
#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 1;
  if (*(char*)&a)
  {
    printf("小端");
  }
  else
  {
    printf("大端");
  }
  return 0;
}

Q：char类型有字节序么？

A：无，因为char只有一个字节大小，而字节序表示的是字节的排列顺序，所以char类型没有字节序。

有关字节存储的相关练习：

but 在做题前先认识两个东西：整型提升与整型截断。

整型截断

比如说char占1个字节，int 占4个字节，当强制将int 赋给char时就会截短，只将4字节的最后的一个字节给char
举例的话，譬如：
int a = 305419896；
char b = a；
a转换成2进制是：0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 他的16进制是12 34 56 78，
那么b就是a的最后一个byte，即b的二进制表示是0111 1000，16进制是78，十进制是120.
就是这么样的一个转换和截断。

整型提升

若原本整型家族的类型中的一个变量所占的字节比int少，那么在以int形式使用时要发生整型提升。

整型提升的规则：

若为无符号数，则在最高位上补齐0
若为有符号数，则在最高位上用符号位上的数补齐

看以下例题：?

请计算输出结果：
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a=-1;
    signed char b=-1;
    unsigned char c=-1;
    printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);
    return 0;
}

//输出结果是什么？
#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;*
*}

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i=-20;
    unsigned int j=10;
    printf("%d\n",i+j);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{
    unsigned int i;
    for(i=9;i>=0;i--)
    {
        printf("%u\n",i);
    }
    return 0;
}

最终输出结果：

再来看下面代码的输出结果：?

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

最终输出结果：

?为什么这里会最终输出255呢？这里便涉及了char类型变量能存储的数值范围。

探讨：一个char类型的变量到底能存放什么数值？

unsigned char：从0到255后再回到0

signed char：从0到128到-1到-127再回到0

**Tip：**当我们遇到10000000时直接解析为128，因为就算我们将原码转为补码后也依然会是10000000

在这里推荐一个头文件：<limits.h>

头文件：#include <limits.h>点开里面可以查各种类型的取值范围

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

浮点类型在内存中的存储

常见浮点类型：

3.14159? ? ? ? ? 1E10（代表1×10的-10次方）

浮点数表示范围可以用<float.h>打开来看

#incldue <stdio.h>
int main()
{
    int n=9;
    float* pFloat =(float*)&n;
    printf("n的值为：%f\n",*pFloat);
    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;
}

(无论是%f还是%lf默认都是由小数点后6个0，编译器决定的)