数据在内存中的存储（1）

waves浪游2023-10-06 16:23

文章目录

  • 目录
    • [1. 数据类型介绍](#1. 数据类型介绍)
      • [1.1 类型的基本归类](#1.1 类型的基本归类)
    • [2. 整形在内存中的存储](#2. 整形在内存中的存储)
      • [2.1 原码、反码、补码](#2.1 原码、反码、补码)
      • [2.2 大小端介绍](#2.2 大小端介绍)
      • [2.3 练习](#2.3 练习)
  • 附：

目录

  • 数据类型介绍
  • 整形在内存中的存储
  • 大小端字节序介绍及判断
  • 浮点型在内存中的存储

1. 数据类型介绍

前面我们已经学习了基本的内置类型以及它们所占存储空间的大小（单位：字节）：

char --- 字符数据类型 --- 1

short --- 短整型 --- 2

int --- 整形 --- 4

long --- 长整型 --- 4/8

long long --- 更长的整形 --- 8

float --- 单精度浮点数 --- 4

double --- 双精度浮点数 --- 8

long double

类型的意义：

  1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
  2. 如何看待内存空间的视角。

1.1 类型的基本归类

整形家族：

char

unsigned char

signed char

short

unsigned short [int]

signed short [int]

int

unsigned int

signed int

long

unsigned long [int]

signed long [int]

long long

unsigned long long [int]

signed long long [int]

注：

字符存储的时候，存储的是ASCII码值，是整型，所以归类的时候放在整型家族。

浮点数家族：

float

double

long double

构造类型：

数组类型

int arr1[10]; --- int [10]

int arr2[5]; --- int [5]

char arr3[5]; --- char[5]

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;

结构体的指针

...

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。

2. 整形在内存中的存储

我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的，空间的大小是根据不同的类型而决定的。

c 复制代码 
#include <limits.h>

int main()
{
	INT_MAX;

	return 0;
}

那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？

比如：

c 复制代码 
int a = 20;
int b = -10;

我们知道为a分配四个字节的空间，那如何存储？

2.1 原码、反码、补码

计算机中的整数 有三种2进制表示方法，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"。
正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。

原码

直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。
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反码。
补码

反码+1就得到补码

c 复制代码 
int main()
{
	int num = 10;//创建一个整型变量，叫num，这时num向内存申请4个字节来存放数据
	//4个字节 - 32比特位
	//00000000000000000000000000001010 - 原码
	//00000000000000000000000000001010 - 反码
	//00000000000000000000000000001010 - 补码
	int num2 = -10;
	//10000000000000000000000000001010 - 原码
	//11111111111111111111111111110101 - 反码
	//11111111111111111111111111110110 - 补码

	return 0;
}

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码 。

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统一处理；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。

c 复制代码 
//计算1-1
//1+(-1)
// 00000000000000000000000000000001 --> 1的补码
// 11111111111111111111111111111111 --> -1的补码
// 00000000000000000000000000000000
//
//原码计算是错误的
//00000000000000000000000000000001
//10000000000000000000000000000001
//10000000000000000000000000000010 --> -2

我们看看在内存中的存储：

c 复制代码 
int main()
{
	int num = 10;//创建一个整型变量，叫num，这时num向内存申请4个字节来存放数据
	//4个字节 - 32比特位
	//00000000000000000000000000001010 - 原码
	//00000000000000000000000000001010 - 反码
	//00000000000000000000000000001010 - 补码
	int num2 = -10;
	//10000000000000000000000000001010 - 原码
	//11111111111111111111111111110101 - 反码
	//11111111111111111111111111110110 - 补码

	return 0;
}

数据在内存中存储的是补码（本质上内存中存放的是二进制，在VS上为了方便展示，显示的是16进制），但是我们发现顺序有点不对劲，这又是为什么呢？

2.2 大小端介绍

c 复制代码 
int main()
{
	int a = 0x11223344;

	return 0;
}
  1. 字节序是以字节为单位，讨论存储顺序的
  2. 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
  3. 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。

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。
设计一个小程序来判断当前机器的字节序

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;

	if (1 == *p)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}
c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 1;

	if (1 == *(char*)&a)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}
c 复制代码 
#include <stdio.h>

int check_sys()
{
	int a = 1;

	if (1 == *(char*)&a)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

int main()
{
	int ret = check_sys();

	if (1 == ret)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}
c 复制代码 
#include <stdio.h>

//小端返回1
//大端返回0
int check_sys()
{
	int a = 1;
	return *(char*)&a;
}

int main()
{
	int ret = check_sys();

	if (1 == ret)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}

2.3 练习


c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	char a = -1;
	//100000000000000000000001
	//111111111111111111111110
	//111111111111111111111111 - 截断
	//11111111 - a
	//111111111111111111111111
	//111111111111111111111110
	//100000000000000000000001 --> -1
	signed char b = -1;
	//111111111111111111111111
	//11111111 - b
	unsigned char c = -1;
	//11111111 - c
	//000000000000000011111111 - 补码
	//000000000000000011111111
	//000000000000000011111111 - 原码
	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//a=-1,b=-1,c=255
	//%d - 十进制的形式打印有符号整型整数
	//整型提升

	return 0;
}
c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	char a = -128;
	//-128
	//10000000000000000000000010000000
	//11111111111111111111111101111111
	//11111111111111111111111110000000 - -128的补码
	//10000000 - a中存的
	//11111111111111111111111110000000 - 整型提升后的补码
	//11111111111111111111111110000000
	//11111111111111111111111110000000 - 原码
	printf("%u\n", a);//4294967168
	
	return 0;
}
c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	char a = 128;
	//00000000000000000000000010000000
	//00000000000000000000000010000000
	//00000000000000000000000010000000
	//10000000 - a中存的
	//11111111111111111111111110000000 - 整型提升后的补码
	//11111111111111111111111110000000
	//11111111111111111111111110000000 - 原码
	printf("%u\n", a);//4294967168
	
	return 0;
}
c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int i = -20;
	//10000000000000000000000000010100
	//11111111111111111111111111101011
	//11111111111111111111111111101100
	unsigned int j = 10;
	//00000000000000000000000000001010
	printf("%d\n", i + j);//-10
	//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
	//11111111111111111111111111110110
	//11111111111111111111111111110101
	//10000000000000000000000000001010

	//11111111111111111111111111110110
	//10000000000000000000000000001001
	//10000000000000000000000000001010

	return 0;
}

//原码 --> 先取反，再加1 --> 补码
//补码 --> 先减1，再取反 --> 原码
//补码 --> 先取反，再加1 --> 原码
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int main()
{
	unsigned int i;//无符号数恒大于0
	
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);//死循环 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 4294967295 4294967294 ...
		Sleep(1000);//单位是毫秒
	}

	return 0;
}
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
	char a[1000];//char -128~127
	int i;
	
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;//-1 -2 -3 ... -128 127 126 ... 2 1 0 -1 -2 ... -128 127 126 ... 2 1 0 ...
	}
	
	printf("%d", strlen(a));//strlen是求字符串长度的，统计的是\0之前出现的字符的个数；\0的ASCII码值是0
	//255
	
	return 0;
}
c 复制代码 
#include <stdio.h>

unsigned char i = 0;//0~255

int main()
{
	
	for (i = 0; i <= 255; i++)//i <= 255 恒成立
	{
		printf("hello world\n");//死循环打印hello world
	}
	
	return 0;
}

附：

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