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 arr110; --- int 10

int arr25; --- int 5

char arr35; --- char5

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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