深入C语言内存：数据在内存中的存储

一、数据类型

unsigned：无符号数类型

当一个数是无符号类型时，那么其最高位的1或0，和其它位一样，用来表示该数的大小。

2.signed：有符号数类型

当一个数是有符号类型时，最高数称为"符号位"。符号位为1时，表示该数为负数，为0时表示为正数。

注意：有符号类型可以表示正数，负数或0，无符号类型仅能表示大于等于0的值

1.1 整型

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有符号字符型：(signed) char// 1字节
无符号字符型：unsigned char// 1字节
有符号短整型：(signed) short// 2字节
无符号短整型：unsigned short// 2字节
有符号整型：(signed) int// 4字节
无符号整型：unsigned int// 4字节
有符号长整型：(signed) long// 4字节
无符号长整型：unsigned long// 4字节
有符号更长整型：(signed) long long// 8字节
无符号更长整型：unsigned long long// 8字节

1.2 浮点型

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单精度浮点型：float //4字节
双精度浮点型：double //8字节

1.3 构造类型

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数组类型
结构体类型：struct
枚举类型：enum
联合类型：union

1.4 指针类型

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//32位环境下指针变量大小 4
//64位环境下指针变量大小 8
字符指针：char*
短整型指针：short*
整型指针：int*
长整型指针：long*
更长类型指针：long long*
单精度浮点数指针：float*
双精度浮点数指针：double*
空类型指针：void*

1.5 空类型

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void
//void代表无类型，常用在程序编写中对定义函数的参数类型、返回值、函数中指针类型进行声明。

二、整型的存储

2.1 原码，补码，反码

我们知道计算机存储数据是以二进制的方式，那具体是以怎样的方式存储呢

对于一个数，计算机要使用一定的编码方式进行存储，原码、反码、补码是机器存储一个具体数字的编码方式。

三种方式均有符号位 和数值位两部分，符号位都是0表示"正数"，1表示"负数"，而数值位分正负数而定。

正数的原码、反码、补码都相同，负数的原码、反码、补码各****不相同

2.1.1 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

+5的原码：00000000 00000000 00000000 00000101

-5的原码：10000000 00000000 00000000 00000101

2.1.2 补码

将原码的符号位不变，其他位次按位取反

即：0变为1，1变为0

+5的反码：00000000 00000000 00000000 00000101

-5 的反码：11111111 11111111 11111111 11111010

2.1.3 反码

反码符号位不变，数值为+1

+5的补码：00000000 00000000 00000000 00000110

-5的补码：11111111 11111111 11111111 11111011

反码回到原码的两种方式：

1、补码-1后取反得到原码

2、补码取反后 +1得到原码

计算机内存数值的存储方式是补码！

2.2 大小端

2.2.1 什么是大小端

大端存储模式 ：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

小端存储模式：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

具体是什么意思呢~

首先我们得知道内存中数据是以16进制表示的

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int a=0x11223344//十六进制

|----------|----|----|----|----|
| 小端存储 | 44 | 33 | 22 | 11 |

低地址高地址

|----------|----|----|----|----|
| 大端存储 | 11 | 22 | 33 | 44 |

低地址高地址

2.2.2 怎么判断大小端

我们可以通过取出第一位，也就是低地址的数来进行判断。

那我们如何取出第一位呢~，这就需要我们对指针的灵活运用了

我们知道第一位相当于一个字节，而char类型就是一个字节，所以用（char*）进行强制类型转换并取出就行了

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#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*) & a;//强制类型转换
	if (*p == 1)
		printf("小端");
	else
		printf("大端");
	return 0;
}

三、整型截断

整型截断是将所占字节大 的元素赋给所占字节小的元素时会出现数值的舍去现象。

简单来说就是将长字节内容截取一部分赋给短字节内容

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 char i = -1;//-1是整型4个字节，char类型1个字节，发生整型截断

原码：1000000 0000000 0000000 0000001

反码：11111111 11111111 11111111 11111110

补码：11111111 11111111 11111111 11111111

char类型有八个比特位，截取后八位

i的补码：11111111

i的反码：11111110

i的原码：1000001

所以i仍是-1

四、整型提升

C的整型算术运算总是至少以缺省（默认）整型类型的精度来进行的。为了获得这个精度，表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型，这种转换称为整型提升。

有符号的整型提升高位补符号位 ，无符号的整型提升高位补0。

4.1 正整数的整型提升

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 char a=1；
 //补码：00000001
 //有符号，符号位是0，提升为00000000000000000000000000000001

4.2 负数的整型提升

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  char b=-1;
  //补码：1111111
  //有符号，符号位是1，提升为11111111111111111111111111111111

4.3 无符号数的整型提升

cpp 复制代码

  unsigned c=-1
   //补码：1111111
   //无符号，补0，提升为00000000000000000000000011111111

五、浮点型在内存中的存储

5.1 浮点型运算规则

要表示浮点数的第一步，就是让小数也能使用二进制来表示。我们知道二进制表示整数时，最低位代表2的0次方，往高位依次是2的1次方，2次方，3次方......那么对应的，二进制数小数点后面，最高位则是2的-1次方，-2次方，-3次方......

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. (-1) ^ S 表示符号位，当S=0时，V为正数；当S=1时，V为负数

2. M 表示有效数字，且1 <= M <2

3. 2 ^ E表示指数位

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。

对于32位的浮点数float，最⾼的1位存储符号位S ，接着的8位存储指数E ，剩下的23位存储有效数字M

对于64位的浮点数double，最⾼的1位存储符号位S ，接着的11位存储指数E ，剩下的52位存储有效数字M

5.2 浮点数取得过程

5.2.1 对于M的规定

1 ≤ M < 2 ，即M可以写成1.xxxxxx的形式。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。

5.2.2 对于E的规定

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。

如一个浮点数存储方式如下：

0 01111110 00000000000000000000000

首先将 01111110 转换为十进制为126
再将126-127=-1，所以指数位为-1
有效数字部分为0，所以表示1.0
符号位0，是个正数，所以表示的浮点数是1.0*2^-1=0.5

2. E全为0

这时候指数为0-127，最后肯定得到一个很小的数，所以特别规定

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。

3. E全为1

255 - 127 = 128 或 2047 - 1023 = 1024，与第二点相反，这时这个数可能无穷大，所以也特别规定

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）