初学者关于数据在内存中的储存的笔记

1.整数在内存中的储存

整数的2进制表⽰⽅法有三种，即 原码、反码和补码
有符号的整数，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"，最⾼位的⼀位是被当做符号位 ，剩余的都是数值位。
正整数的原、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得到的就是原码。
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。
对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是**⼆进制的补码**。

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。

2.大小端字节序

是什么

⼤端（存储）模式：
是指数据的低位字节内容保存在内存的**⾼地址** 处，⽽数据的**⾼位** 字节内容，保存在内存的低地址处。
⼩端（存储）模式：
是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址 处，⽽数据的**⾼位** 字节内容，保存在内存的**⾼地址处**。
上述概念需要记住，⽅便分辨⼤⼩端。

为什么

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8 bit 位，但是在C语⾔中除了8 bit 的 char 之外，还有16 bit 的 short 型，32 bit 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。

练习

1.设计一个程序，判断当前机器的字节序

cpp 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int check_sys()
{
	int i = 1;
	return (*(char*)&i);
    
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret = 1)
		printf("小端");
	else
		printf("大端");
	return 0;
}

2.下列代码运行结果是什么

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
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;
}

%d是以十进制的方式打印有符号整数（认为内存中存的是有符号整数的补码）char要进行整型提升。

3.下列代码运行结果是什么

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

%u打印无符号整型，没有符号位

4.下列代码运行结果是什么

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i = 0; i < 1000; i++)
    {
        a[i] = -1 - i;
    }
    printf("%d", strlen(a));
    return 0;
}

找0

5.下列代码运行结果是什么

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
    for(i = 0; i <= 255; i++)
    {
        printf("hello world\n");
    }
    return 0;
}

死循环

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
int main()
{
    unsigned int i;
    for(i = 9; i >= 0; i--)
    {
        printf("%u\n",i);
    }
    return 0;
}

死循环

6.下列代码运行结果是什么

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
//X86环境 ⼩端字节序
int main()
{
    int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
    int *ptr1 = (int *)(&a + 1);
    int *ptr2 = (int *)((int)a + 1);
    printf("%x, %x", ptr1[-1], *ptr2);
    return 0;
}

%x以十六进制打印数据，无符号

3.浮点数在内存中的储存

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：
V = (−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，M是⼤于等于1，⼩于2的
2^ E 表⽰指数位
举例来说：
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。
IEEE 754规定：
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

3.1浮点数存的过程

IEEE 754 对有效数字M和指数E，还有⼀些特别规定。

3.1.1M

前⾯说过， 1 ≤ M < 2 ，也就是说，M可以写成 1.xxxxxx 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。

3.1.2E

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E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E，这个中间数是1023。⽐如， 2 ^ 10 的E是10，所以保存成32位浮点数时,必须保存为0+127=137，即10001001。这样的浮点数存储⽅式很巧妙，但是我们也要注意到有的浮点数是⽆法精确保存的。