数据在内存中储存

Posted 2022-01-30 闫鹏举

本文主要简要介绍了c语言的数据类型以及详细解释了不同的数据类型在内存中是如何进行存储的

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目录

• 数据类型介绍
• 整型在内存中的存储
• • 原码、反码、补码
  • 大小端储存模式
• 浮点数在内存中的存储

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数据类型介绍

整型家族：

char //char虽然被称为字符类型，但其本质上就是整数类型
      unsigned char
      signed char
 short
      unsigned short
      signed short
 long
      unsigned long
      signed long

浮点数家族：

float
double

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* p
char* p
float* p
void* p

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。

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整型在内存中的存储

我们知道一个变量的创建是要在内存中开辟空间的，空间的大小又取决于具体的数据类型，那么数据在开辟的内存中是如何储存的呢？

首先我们来引入原码、反码、补码的概念

原码、反码、补码

计算机中有符号数有三种表示方式，即原码、反码、补码，这三种表示方式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”，而数值位的三种表示方法各不相同
原码：直接将十进制数按照正负数的形式转化为二进制数。

反码：原码的符号位不变，其他位按位取反。

补码：反码加一得到补码。

对于正数来说，其原、反、补码都相同。
但对于全体整数而言，数据存放在内存中的其实是补码。

为什么呢？

在计算机中，cpu只有加法器，若用原码表示，则无法处理正数和负数的加减运算，但使用补码时，便可以将符号位和数值统一处理，不再需要额外的硬件电路。

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大小端储存模式

大端储存模式：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；

小端储存模式：指数据的高位保存在内存的低地址中，而数据的低位，保存在内存的高地址中；

为什么会有大小端呢？

在计算机中，数据的存储是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。但是在C语言中有许多大于8bit的数据类型，另外，对于位数大于8位的处理器，例如32位处理器，由于寄存器宽度大于1个字节，那么必然存在着一个如果将多个字节安排的问题，因此就导致了大端小端的存储模式。

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浮点数在内存中的存储

根据国际标准IEEE（电子和电气工程协会）754，任意一个二进制浮点数可以表示为下面的形式：

(-1)^S * M * 2^S

• (-1)^S表示符号位，当S为0是为正，当S为1时为负。
• M表示有效数字，并且M一定介于1和2之间。
• 2^E表示指数位。

IEEE规定：对于32位浮点数，最高的1位是符号位S，接着的是8位的指数E，剩下的23位为有效数字M；对于64位的浮点数，最高的一位是符号位S，接着是11位的指数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。

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。

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）；