数据在计算机中是如何存储的

hello，小伙伴们好，我是江湖人送外号[道格牙]的子牙老师。

这篇文章，咱们讨论的问题是数据在计算机中是如何存储的。为什么要讨论这个问题呢？因为在手写JVM的过程中，我们需要实现所有的数据类型，比如说Java中的八种基本类型。那在实现的过程中，Java的八种基本类型在JVM的内存模型中应该如何存储就是我们需要考虑的问题。我们只能通过研究操作系统这块的机制来寻找答案。其实这个知识点也是大家能够真正学明白指针的关键。

本篇文章，你可能会看到很多与你的固有认知不太一样的观点。但是我都会给出证据来证明我的观点：
1、内存不分正负，数据是正是负取决于用的程序
2、正数可以当负数用，负数也可以当正数用
3、原码反码补码的出现，其实是对一个规律的反向推理
4、指针不是指向内存的地址，而是一个个不同大小的容器

正数负数零

如果我们程序中定义了四个这样的变量，它们的值在内存中是如何存储的呢？

先上图，等下解释。这里咱们就不考虑大小端存储问题了。

说明一下，char在C语言中是占一个字节，在Java是占两个字节。我这个图画的是char占一个字节。

这里面最奇怪的是v3，它在内存中是0xFF，跟正数的255是一样的。为什么会这样呢？我先用原码反码补码的知识告诉你答案。等下再告诉你本质。

负数在内存中的存储格式是这样算出的：内存中存储的是负数的反码。反码为补码加一。正数的反码与原码相同。负数的反码为原码的符号位不变，其他位取反。是不是有点晕。

对于原码反码补码，不知道大家学完后什么感觉。我上大学的时候学到这里，觉得好奇葩好复杂。直到随着对计算机底层的认知逐渐深入，了解到它的本质后，豁然开朗，根本就不需要这样去算，一眼就能看出来。下一PA，告诉你本质。

总结来说：从程序角度，有正数、负数、零之分。但是从内存的角度，它是没有这个概念的。内存中存储的数据，这个数据的意义是由程序员来定义的。你希望它是正数，就以正数的方式读取。你希望它是负数，就以负数的方式读取。

揭秘本质

咱们不说浮点型，就说正数。如果内存存储机制由你来设计，需要存储正数负数零，你会如何设计？

经常看我文章的小伙伴可能比较奇怪为什么我总是问：如果是你你会如何设计？因为我希望让大家站在设计者的角度学习思考。从我自身的角度来说，如果我只是站在一个学习者的角度去研究JVM，可能对很多东西的理解就达不到今天这个深度。建议大家学习这个思维，站在设计者的角度，而不是学习者的角度。

上图，进制十六卦图。

大家是否看出规律了：1、正数负数各占一半；2、负数的值根本就不需要算，一眼就能看出来。比如-2，如果是4位是0xE，4位是0xFE，8位就是0xFE…

这就是本质！原码反码补码就是根据这个本质反推出来的。这就是设计者思维！

谈越界

如果你以前对数据越界没有概念。前面讲了那么多，是不是让你对这个词的理解不一样了呢！

拿十进制来说，9+1=10。但是在计算机里面，我们用的数据是有边界的，即数据宽度。比如一个char占一个字节，下面的代码，如果你来设计内存存储，你会怎么做呢

好像很为难是吧。计算机目前的做法很简单粗暴，照样进一，就变成了0x100。但是char只能存放一个字节，那就存0x00。这就是数据越界、数据丢失，程序依然能正常运行。所以定义变量的时候，选择合适的容器很重要。

其实想用Java写出BUG还挺难的，不晓得有些小伙伴是怎么做到面向BUG编程的，成功躲开所有正确选项。Java的数据越界，IDEA会马上提示，但是C++的工具是不会的。这就是底层为什么难学。它是跟计算机的设计思想紧密相连的。

结语

我是子牙老师，喜欢钻研底层，深入研究Windows、Linux内核、JVM。喜欢分享硬核知识，如果你也喜欢研究底层，喜欢硬核知识，关注我：硬核子牙。