[C++知识库]C - 数据在内存中的存储（详解包教包会）

目录

1.数据的类型介绍

2.整形在内存中的存储

2.1原码、反码、补码

2.2 大小端介绍

3. 浮点型在内存中的存储

1.数据的类型介绍

有符号整数类型：

补充：C语言没有规定long就一定是8个字节，long ≥ int就行，所以大小取决于编译器，有的是4个字节，有的是8个字节

无符号整数类型：

浮点数类型：

?构造类型：

> 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 *pi;

char *pc;

float* pf;

void* pv;

?空类型(void)：

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

要学整形在内存中的存储就必然需要会二进制：

????????二进制由0和1组成，首位是符号位0表示正数，1表示负数，后面的每一位都有自己的权重，只取1的值：

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。

那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？

比如：

?我们知道int类型开辟为4个字节的空间,那如何存储如何运算？

来了解下面的概念：

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 正数的原、反、补码都相同。
• 负整数的三种表示方法各不相同。

?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：

将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。

补码：

反码+1就得到补码。

整形存储的是补码：

为什么？

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。

通过分析，得出以下数据存储的二进制：

?对不对呢？

调试看一下（二进制太长，编译器给我们看到的是十六进制的数据，但内部存储任然是二进制）：

?我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。

相信大家都发现了

哎！不对呀，数据怎么是倒着放的呀？

这就又涉及到了大小端的概念

2.2 大小端介绍

什么大端小端：

• 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。

?上图！：

?这样看来我的编译器就应当是小端了：

?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。

?这里给大家分享一个小程序，判断自己编译器大小端:

int check_sys()
{
	int a = 1;          // 00000000 0000000 00000000 0000000 00000001
	return *((char*)&a);// 强制类型转化为char一个字节，小端存储倒序那就是00000001在前，
	//读到1返回1
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

3. 浮点型在内存中的存储

补充：浮点数在内存中的存储

浮点数存储的例子：

猜猜输出什么？

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：

?

?为什么？

先来了解规则：

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：

这里v就= 你给的数

如：

double b = 5.0（5.0就是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。

?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。

?有人可能会说这E要是-200呢？

拿8位E举例：只加127这样的话还是负数呀，既然设计成了127就有他的道理，他是8位E（float类型），是有位数限制的。

?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，则其二进存储制表示形式为:

0 01111110 00000000000000000000000

?补充还原步骤：

?

?

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）；

好了，已经了解了内存怎么存储的了，那回到上面的题?：（一下对打印步骤进行了详细的分析仔细看）

//理解数据的存储
#include<stdio.h>
int main()
{
	//浮点数公式：
	//V = (-1)^S * M * 2^E
	//S= 符号位 ， V为正数S=0，V为负数S=1
	//M= 有效数 ， 大于1小于2
	//E= 指数位

	//浮点数存储:
	//只会存储 V M E
	//V按规则保存
	// 
	//M举例：
	//M = 1011.0100  向左移动3位 M = 1.0110100 ，M小数点前基本上都是1，存储只存小数点后0110100，
	//拿出时补上1 
	// 
	//E举例：
	//M = 1011.0100  向左移动3位 M = 1.0110100 ，这时E -> 2^E=3，根据移动小数点位数确定E=多少，
	//左移位正数，右移为负数。
	//


	int n = 9;
	//00000000 00000000 00000000 00001001 - 9的补码

	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为：%d\n", n);  //9

	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);  
	//00000000000000000000000000001001 - 9 的原码
	//S     E            M
	//0 00000000 00000000000000000001001 - 因为输入了%f就以为这是浮点数，以浮点数形式看：
	// 
	//  E为全0，浮点数的指数E等于1-127（或者1-1023）即为真实值，M不在加上第一位的1
	// 由此可得：
	//   S                M                  E
	//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126    (这个数已经无线接近于0)
	//printf打印 ： 0.000000 (%f只打印后6位)

	*pFloat = 9.0;
	//1001.0
	//(-1)^0 * 1.001 * 2^3
	//S  E+127      M
	//0 10000010 00100000000000000000000
	//但%d它看作是整形的补码
	//01000001000100000000000000000000
	printf("num的值为：%d\n", n); //1,091,567,616
	// 
	//存储还原
	//0 10000010 00100000000000000000000
	//(-1)^0 * 1.00100000000000000000000 * 2^3
	//1* 1.125 * 8 = 9.0
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.0
	return 0;
}

代码结果：?

?

?相信看到这里对你一定是有帮助，制作不易，你们的三连是我最大的动力！