C语言之数据在内存中的存储

在我们学习此之前，我们先来回忆一下C语言中都有哪些数据类型呢？

首先我们来看看C语言中的基本的内置类型：

char //字符数据类型

short //短整型

int //整形

long //长整型 long long//更长的整形

float //单精度浮点数

double //双精度浮点数

在这，值得一提的是C语言的基本类型中并没有字符串类型，而字符串的实现一般都是通过数组来实现

C语言的数据类型我们可以基本分为5种类型

1.整型家族

char //字符形其实也属于整形，因为在字符的储存是存的是它的ASCII码值unsignedchar signed char

shortunsignedshort [int] signed short [int]intunsignedint signed int

longunsignedlong [int] signed long [int]

2.浮点型家族

float

double

3.构造类型

>数组类型> 结构体类型 struct

> 枚举类型 enum

> 联合类型 union

4.指针类型

int *pi;

char *pc;

float* pf;

void* pv;

5.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。

在复习了一遍数据类型之后，我们现在来谈谈数据到底是怎么存储的

一.整形在内存中的存储

首先我们来看看整形

比如，下面再平常不过的式子

int a = 10;int b = -20;

先不管其他的，我们先来看看它在内存里是怎么放的

我们得到了一串数字，而这些数字代表这什么呢？

原来是一串16进制的数字啊

我们知道一个整形系统分配四个字节来储存

而一个字节又有8个比特位，所以就会有32个二进制的0或1.我们把上面两串16进制的数字转为2进制来看一看有什么不同。

00001010000000000000000000000000

11101100111111111111111111111111

在这我们来看看10的二进制

00000000000000000000000000001010

有什么不同呢？

在这我们来介绍一下原码，反码，补码

计算机中的有符号数有三种表示方法，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 三种表示方法各不相同。

原码

直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。

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了。

补码

反码+1就得到补码。

那我们来举个例子

对于正整数，它的原码 反码 补码 都相同

那么对于负整数呢，继续来看看

现在我们应该对原码反码补码有了初步的了解，我们继续接着上面来看

计算机储存的是补码，那么我们现在来写出 10 和 -20 的补码来看看于上述内存中存的是否一样

//10的原码，反码，补码//00000000000000000000000000001010//-20的原码//10000000000000000000000000010100//-20的反码//11111111111111111111111111101011//-20的补码//11111111111111111111111111101100

我们将其转换为16进制来看看

10的补码00 00 000A-20的补码

FF FF FF EC

这时，我们似乎发现它们俩的补码似乎按字节反了过来，这是为什么呢？

所以，这又引出了一个新的知识点——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。

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果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。

那么怎么来判断自己的编译器是大端还是小端呢？

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include

intcheck_sys()

{int a = 1;return (*(char*)&a);

}intmain()

{int ret =check_sys();if (ret == 1)

{

printf("小端\n");

}else{

printf("大端\n");

}return 0;

}

运行结果如下

但，我们可能还是不知道它是怎么实现的，所以在这解释一下

相信现在大家应该对此清楚了不少

那么，现在我们将上述代码微做修改用我们的Keil C51来试一试

#include

#define uint unsigned intsbit LSA=P2^2;

sbit LSB=P2^3;

sbit LSC=P2^4;void delay(uinta)

{while(a--);

}intcheck_sys()

{int a = 1;return (*(char*)&a);

}intmain()

{int ret =check_sys();

LSA=1;

LSB=1;

LSC=1;while(1)

{if (ret == 1)

{

P0=0x06;//在数码管的首位显示 1

}else{

P0=0x3f;//在数码管的首位显示 0

}

delay(1000);

}

}

运行结果

结果正如介绍所说，keil c51为大端存储

那么接下来我们来看看几道题，以此加深我们对此的理解

1.//输出什么？

#include

intmain()

{char a= -1;

signedchar b=-1;

unsigned char c=-1;

printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);

return 0;

}

运行结果：

2.

#includeunsignedchar i = 0;

intmain()

{for(i = 0;i<=255;i++)

{

printf("hello world\n");

}return 0;

}

那，这一题的结果  不知大家是否能够想到是一直打印 hello world

我们对整形的存储就停在这

接下来我们以一道题来进入浮点型在内存中的存储

intmain()

{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("n的值为：%d\n",n);

printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);

return 0;

}

这道题许多人会给出 9  9.000000  9 9.000000 的答案

可事实并非如此

这题的答案为：

为什么呢？

所以

二.浮点型在内存中的存储

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)^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。

我们举个例子如 5.5

我们可以写成 101.1(2进制)

按上述改为：

(-1)^ 0 *1.011*2^2

那么S=0, M=1.011, E=2.

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。

而 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。

那么根据上面所述  现在 S=0, M=011, E=129

所以在内存中就为 0 10000001 01100000000000000000000 将其换为16进制为 40 b0 00 00

然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

1.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。

2.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。

3.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)；

此时是否对前面所提到的那一题恍然大悟了呢