数据在内存中的存储
Posted 派小星233
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据在内存中的存储相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
目录
1.整型在内存中的存储
（1）原码，反码，补码
计算机中的整数有三种表示方法，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”，其中符号位为整形二进制表示的最高位，数值位为除去符号位后剩余的值。原码:直接把数值按照正负数的形式翻译成二进制。
反码：原码的符号位不变，其它位按位取反。
补码：反码加1。
正数的原码，补码，反码相同。
整型在内存中存放的是补码。
至于为什么这样设计，我们可以举一个简单的例子。
数据在内存中的存储(以16进制观察)：
（2）大小端存储
大端存储模式：是指数据的低位（字节）保存在内存的高地址中，而数据的高位（字节），保存在内存的低址中。
小端存储模式：是指数据的低位（字节）保存在内存的低地址中，而数据的高位（字节）,保存在内存的高地址中。
为什么要有大小端呢❓
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。
如何判断大小端❓
(3):整型提示
整型提升的规则：
参与运算的比int字节小的发生整型提升，int本身不进行整型提升。如果对象是无符号位，直接高位补0；如果对象是有符号位，正数高位补0，负数高位补1。
（4）：整型类型的存储范围如何计算（以char类型为例）
char类型占用1个字节，当11111111(-1)再加1会变成00000000(0),所以可以将数值范围以一个圆形来表示。
如果是无符号类型最高位会当成数值位。
2.浮点类型在内存中的存储
（1）：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：(-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。比如十进制的5.0，写成二进制是 101.0 ，相当于 1.01×2^2 。 那么，按照上面V的格式，可以得出s=0，M=1.01，E=2。 十进制的-5.0，写成二进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，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。
有效数字M
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。指数E
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。E不全为0也不全为1的时候我们采取上述方式保存浮点数。
E全为0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.习题
（1）浮点类型
第一个printf
n是一个int类型，而且第一个printf是以%d打印，很明显结果为9。
第二个printf
创建了一个float类型的指针，并将n的地址强行赋给pFloat,在对其进行解引用，此时n的地址存储的依然是9的二进制，但将它当成了folat类型进行解读。
由于指数E全为0，所以符合上一节的第二种情况。因此，浮点数V就写成：V(-1)^0×0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146) 显然，V是一个很小的接近于0的正数，所以用十进制小数表示就是0.000000（float的精度只能保留到小数点后6位）
第三个printf
这里通过指针改变了n的值，并且是以浮点数的视角来存储的。首先，浮点数9.0等于二进制的1001.0，即1.001×2^3。
那么，第一位的符号位s=0，有效数字M等于001后面再加20个0，凑满23位，指数E等于3+127=130，即10000010。
所以，写成二进制形式，应该是s+E+M，即0 10000010 00100000000000000000000，将这个数还原为10进制，就是1091567616。第四个printf
这里存储的是浮点型的二进制，以%f打印得到的结果当然是浮点数
（2）整型
欢迎各位大佬指出不足，end!
大小端存储--数据在内存中的存储方式
何为大小端存储
举个例子
我们有下图中的int a = 36;
写出了对应的16进制发现数据在内存中存储的方式跟我们预想的有点不一样
这就是涉及到大小端存储的概念
大端存储：
指的是数据的低位存储到内存的高地址中，数据的高位保存到内存的低地址中。
小端存储：
指的是数据的低位存储到内存的低地址中，数据的高位保存到内存的高地址中。
那我们可以得知在我的机器的Visual Stdio 2019中，十进制数字36对应十六进制0x00 00 00 24 实际上是小端存储的（内存从左往右由低地址到高地址）。
为什么有大小端存储之分
我们知道计算机内存地址单元是以字节为单位的。但是在C语言中，我们有1个字节的char，两个字节的unsigned short int ，四个字节int,八个字节的double等等。再加上不同位数的机器 32，64位的机器，寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着如何安排这么多字节的问题。于是就有了大小端存储
设计小程序判断大小端存储
法一：
#include<stdio.h>
int Check_sys()
{
int i = 1;//0x00 00 00 01
char* p = (char*)&i;//我们结合不同指针类型进行加减操作的所往后偏移的字节数不一样
return *p;
}
int main()
{
int ret = Check_sys();
if (ret)
{
printf("小端存储");
}
else
printf("大端存储");
return 0;
}
法二：
#include<stdio.h>
int Check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un;//匿名联合体，因为出函数就销毁所以我们可以使用
un.i = 1;
return un.c;
}
int main()
{
int ret = Check_sys();
if (ret)
{
printf("小端存储");
}
else
printf("大端存储");
return 0;
}
以上是关于数据在内存中的存储的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章