C语言：数据在内存中的存储

引言

一、整数在内存中的存储

二、大小端字节序判断

1.大小端

2、练习：设计一个程序用来验证当存储的是大端还是小端

3、练习

[4.char 和 unsigned char 的取值范围](#4.char 和 unsigned char 的取值范围)

引言

在C语言的世界里，理解数据在内存中的存储方式是每个开发者必须掌握的基础知识。这不仅关系到程序的正确性，还直接影响到性能优化和系统级调试。无论是简单的变量，还是复杂的结构体和数组，它们在计算机内存中的表现方式都隐藏着丰富的细节和精妙的设计。本文将带你深入探索C语言中各种数据类型在内存中的存储规律，帮助你建立起对数据布局的直观理解，从而在日后的程序开发中更加游刃有余。

一、整数在内存中的存储

前面讲了，整数有原码、反码、补码，由符号位和数值位组成。那么对于整型来说，数据存放到内存中的其实是补码

二、大小端字节序判断

1.大小端

大端：高位字节数据存储到低地址处

小端：高位字节数据存储到高地址处

在VS中运行以下代码，并打开内存窗口：

cs 复制代码

int main()
{
   int r = 2;
   return 0;
}

为什么在 r 的地址处显示的是 02 00 00 00 ？而不是一串补码？

因为内存中显示的是 16 进制，所以才会出现数字2

那为什么又是 02 00 00 00 而不是 00 00 00 02？

因为在VS中数据存放是采用小端进行的

举个例子：

cs 复制代码

int main()
{
	int r = 0x11223344;
	return 0;
}

可以看到这次内存中放的是 44 33 22 11，再次验证了VS环境下内存存储方式是按小端字节序排的

如果是大段字节序，这里应该是 11 22 33 44

2、练习：设计一个程序用来验证当存储的是大端还是小端

假设我们存放 1，在内存中无非是 00 00 00 01 和 01 00 00 00，所以我们只要创建一个整型变量，然后验证其第一个字节是否为 1 就可以了

cs 复制代码

int main()
{
	int r = 1;
	if (*((char*)&r) == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

这里说明一下，对 r 取地址，此时的地址类型为 int* ，所以要强制类型转换为 char* 类型，然后在解引用，就可以访问 r 的第一个字节了

3、练习

cs 复制代码

int main()
{
	char a = -1;
	signed char b = -1;
	unsigned  char c = -1;
	printf("a = %d , b = % d, c = %d" ,a,b,c);

	return 0;
}

a 的原码：1000 0001，反码：1111 1110，补码：1111 1111

b 的原码，反码，补码与 a 一致

c 的原码：1000 0001 ，反码：1111 1111，补码：1111 1111

%d：打印十进制的整型。

所以在用 %d 打印 a 的时候，会认为 a 是一个整型，但整型有4个字节，而 a 只有一个字节，怎么办？这时会出现一个名词：整型提升

%d 会把 a 认为成 11111111 11111111 11111111 11111111，但这个是补码，对应的原码为

10000000 00000000 00000000 00000001，打印出来就是 -1 ，b 同理

c为无符号的，那么%d在整型提升的时候就会认为其是无符号的，认为c是

00000000 00000000 00000000 11111111 ，该数现在是正数，原码根补码是一样的，化为十进制就是255

所以改题目的答案为：

4.char 和 unsigned char 的取值范围

char 类型占一个字节，共8个比特位，从0000000开始，计数到11111111，换成十进制就是0~255，但这只是256个数，具体情况我们下面分析

从上图可以看到，char 类型的取值范围是 -128 ~127，共256个数。//这里画图有失误

至于unsigned char 类型，则只需把负数部分当成正数即可

所以unsigned char 的取值范围为 0 ~ 255

5、练习

cs 复制代码

int main()
{
	char a = -128;
	printf("%u\n" ,a);
	return 0;
}

a 的补码：1000 0000 ，%u 是用来打印无符号整型的，

整型提升后为：11111111 11111111 11111111 10000000，但%u认为该数是无符号的，为大于0的数，所以认为该码不是补码，而是原码，其转化为十进制为：4294967168

由上面两个练习可以看出，整型提升默认提升的是补码的最高位，最高位是几，整型提升的时候就补几，但是，如果这个数据本身的类型是无符号的，就只会补0，如果这个数本身有符号，但是打印的关键字为%u等无符号的，那么还是默认补最高位

6、练习

cs 复制代码

int main()
{
	char arr[1000];
	int i;
	for (int i = 0; i < 1000; i++)
	{
		arr[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d" ,strlen(arr));
	return 0;
}

arr 是一个字符数组，前面提到 char 类型的范围为 -128 ~ 127 ，

而且是从0~127 再到 -128 ~ -1 在到 0如此循环的

strlen 函数只需要接收字符串的首地址，遇到 \0 截止，所以我们需要找到 \0 的位置

arr[0] = -1 ;arr[1] = -2; ...... ； arr[127] = -128; arr[128] = 127; arr[129] = 126......； arr[255] = 0;

可见，第一个 \0 出现在 arr[255] 处，所以strlen的长度是从 arr[0] 到 arr[254] 共255

7、练习

cs 复制代码

unsigned char i = 0;
int main()
{
	for (i = 0; i <= 255; i++)
	{
		printf("I hate her\n");
	}
	return 0;
}

前面提到过 unsigned char 的范围为 0~ 255，到达255 后又回到 0，

所以这个题 i 永远都符合循环条件，本题为死循环

8、练习

cs 复制代码

//x86环境下，小端字节序
int main()
{
	int arr[4] = { 1,2,3,4 };
	int* ptr1 = (int*)(&arr + 1);
	int* ptr2 = (int*)((int)arr + 1);
	printf("%x, %x" ,ptr1[-1] ,*ptr2 );
	return 0;
}
//%x 是以16进制打印数据

&arr 取的是首元素地址，类型为：int (*) [4],+1 之后，指向数组末尾外的第一个空间，类型不变，然后强制类型转化为 int* ，所以 ptr[-1] 又指向了4 ，所以第一个打印（0x）4

强制类型转化的优先级比加法高一级，所以先进行强制类型转换

arr的类型为 int [4] ,，本身也是首元素 1 的地址，强制类型转化为 int ，然后再+1，相当于地址+1，（但是现在的地址只是一个普通变量），然后再强制类型转化为 int* 类型，现在变成一个int*类型的指针，指向 1 的第二个字节，如图：

所以 *ptr2 就是16进制下的 02000000 打印出来就是（0x）2000000

三、浮点数在内存中的存储

常见的浮点数：3.1415926 ,1E10(1.0*10^-10)

在头文件 <flat.h> 中可以查看浮点数的表示范围

1、引例

cs 复制代码

int main()
{
	int n = 9;
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n = %d\n",n);
	printf("*pFlpat = %f\n" ,*pFloat);
	*pFloat = 9.0;
	printf("n = %d\n" ,n);
	printf("*pFloat = %f\n" ,*pFloat);
	return 0;
}

结果

这说明，浮点数的存储方式和整数的存储方式不一样

2、浮点数的存储

根据国际标准IEEE，任何浮点数可以表示为：

：表示符号位，当S = 0 时，表示正数， S = 1 ，表示负数

M ：表示有效数字，M是大于等1，小于2的

：表示指数位

例如：

float 类型占4个字节，共32个比特位，在内存中的作用如下：

double类型也是与此相似，这里就不多说了

注意：E为无符号数，但是E会有负数的情况出现，所以存放一个E需要加上1271003 来达到所有的E都大于等于0，从而变为无符号数