C语言学习笔记（10）数据在内存中的存储
Posted 小倪同学 -_-
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C语言学习笔记（10）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。
数据类型介绍
前面我们已经学习了基本的内置类型:
| 名称 | 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 |
类型的意义 :
- 使用这个类型开辟内存空间的大小(大小决定了使用范围)。
类型的基本归类
整型家族
char
- unsigned char
- signed char
short
- unsigned short [int]
- signed short [int]
int
- unsigned int
- signed int
long
- unsigned 1ong [int]
- signed long [int]
因为char类型是按ascii码表储存的，所以char类型也归类在整型。
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 *pi
char *pc
float *pf
void *pv
空类型
void 表示空类型（无类型）
通常用于函数的返回类型，函数的参数，指针类型
整型在内存中的存储
原码，反码，补码
对于整形来说数据存放内存中放的是补码这是为什么呢？
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一统处理;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。
大小端介绍
-10的补码为
11111111111111111111111111110110
转换为16进制
为FFFFFFF6
但是数据的储存却为F6 FF FF FF这是为什么呢？
这里就引出了大小端的概念。
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。
在32位中，一个地址需要4个字节，-10储存如下
大端(存储)模式：
小端(存储)模式：
为什么会有大小端模式之分呢？
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。
整型在内存中的存储 练习
1.写一个程序判断当前机器的字节序
判断当前机器的字节序时，可以判断数据储存中最低位地址，储存的是低字节还是高字节。这时我们想到了char*类型(char储存只需一个字节）。
int main()
{
int a = 1;
char* p = (char*)&a;
if (*p == 1)
{
printf("小端存储\\n");
}
else
{
printf("大端存储\\n");
}
return 0;
}
查看一下地址确实为小端存储
下面程序输出什么？
1.
int main()
{
char a = -1;
signed char b = -1;
unsigned char c = -1;
printf("a=%d,b=%d,c=%d\\n", a, b, c);
return 0;
}
解析：
char a=-1
原码 10000001
反码 111111110
补码 111111111
以整型（%d）打印时会整型提升，补符号位1
补码变为 11111111111111111111111111111111
反码改为 11111111111111111111111111111110
原码改为 1000000000000000000000000001
打印为 -1
signed char为有符号字符型与char类型相似。
unsigned char为无符号字符型，整型提升时补0
补码，反码，原码都为 00000000000000000000000011111111
打印为 255
补充：
char 到底是signed char 还是unsigned char ?
C语言标准并没有规定，取决于编译器。
但是C语言规定
int 是 signed int
short 是 signed short
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -128;
printf("%u\\n", a);
return 0;
}
解析：
如果不确定的话可以用计算器算一下
3.
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = 128;
printf("%u\\n", a);
return 0;
}
解析：
00000000000000000000000010000000 - 原码，反码，补码相同
char类型128想以整型打印需要整型提升
以char类型符号位1进行提升
10000000提升为11111111111111111111111110000000
char的存储
int main()
{
int i = -20;
unsigned int j = 10;
printf("i+j=%d\\n", i+j);
return 0;
}
解析：
int main()
{
char a[1000];
int i;
for (i = 0; i < 1000; i++)
{
a[i] = -1 - i;
}
printf("strlen(a)=%d\\n", strlen(a));
return 0;
}
解析：
a数组中存放的数为
-1 -2 -3 … -127 -128 127 126 125 … 3 2 1 0 -1 -2 … -127 -128 127 …
因为a数组为字符型而ascii表中字符0表示‘\\0’,当strlen计算到‘\\0’时，计算就终止了，所以该代码输出为128+127=255
6.
int main()
{
unsigned char i = 0;
for (i = 0; i <= 255; i++)
{
printf("hello world\\n");
}
return 0;
}
解析：
无符号字符型取值范围为0~255，当i为255时，再加1又变为0
由此可推断出该程序死循环
浮点型在内存中的存储
常见的浮点数
3.14159 1E10浮点数家族包括: float、double、 long double 类型。浮点数表示的范围 : float.h中定义
浮点数存储的例子
#include<stdio.h>
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;
}
输出结果是什么呢？
num和*pFloat在内存中明明是同一个数,为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大?要理解这个结果，一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。
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。
例：
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.xxxx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xxxx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，这个中间数是1023.比如，2A10的E是10，所以保存成32位浮点数时，必须保存成10+127=137，即100010010
例：
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。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，其二进制为
0 01111110 00000000000000000000000
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.xxx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 ) 。
了解了浮点型在内存中的存储后上面的疑问就能被解决了。
#include<stdio.h>
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;
}
用计算机验证一下
以上是关于C语言学习笔记（10）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