目录
[1. 整数在内存中的存储](#1. 整数在内存中的存储)
[1.1 原码、反码、补码](#1.1 原码、反码、补码)
[2. 大小端字节序和字节序判断](#2. 大小端字节序和字节序判断)
[2.1 什么是大小端？](#2.1 什么是大小端？)
[2.2 为什么有大小端？](#2.2 为什么有大小端？)
[2.3 判断当前机器字节序的方法](#2.3 判断当前机器字节序的方法)
[3. 浮点数在内存中的存储](#3. 浮点数在内存中的存储)
[3.2 示例分析](#3.2 示例分析)
[4. 练习巩固与解析](#4. 练习巩固与解析)
引言
在C语言编程中，理解数据在内存中的存储方式至关重要。它不仅关系到程序的正确性，还涉及性能优化、跨平台兼容性等高级话题。本文将深入探讨整数、浮点数在内存中的存储方式，以及大小端字节序的概念和判断方法，并通过多个练习巩固理解。
1. 整数在内存中的存储
整数在计算机内存中是以补码形式存储的。为什么使用补码？原因如下：
-
统一符号位和数值位的处理
-
加法和减法可以统一用加法器实现
-
补码与原码转换过程相同，无需额外硬件电路
1.1 原码、反码、补码
-
原码：直接将数值转换为二进制，最高位为符号位（0正1负）
-
反码：正数反码与原码相同；负数反码为原码符号位不变，其余位取反
-
补码：正数补码与原码相同；负数补码为反码加1
示例：
cpp
int a = -10;原码：10000000 00000000 00000000 00001010
反码：11111111 11111111 11111111 11110101
补码：11111111 11111111 11111111 11110110
实际内存中存储的是补码。
2. 大小端字节序和字节序判断
2.1 什么是大小端？
对于多字节数据（如int、short），在内存中的存储顺序有两种：
-
大端模式：数据的高位字节存放在低地址处，低位字节存放在高地址处
-
小端模式：数据的低位字节存放在低地址处，高位字节存放在高地址处
示例：
cpp
int a = 0x11223344;
我们在VS上调试发现，这里满足数据的低位字节存放在低地址处，高位字节存放在高地址处，也就是小端排序。
2.2 为什么有大小端？
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。
2.3 判断当前机器字节序的方法
设计⼀个小程序来判断当前机器的字节序。
这里我们采用指针的方法进行操作，将整型的1（0000001）的地址进行强制类型转换为（char*）并进行解引用，如果得到的是1，那么就是小端字节序，是0则是大端字节序。
cpp
#include<stdio.h>
int is_sys(int num)
{
int* p = #
return *(char*)p;
}
int main()
{
int ret=is_sys(1);
if (ret)
printf("小端排序\n");
else printf("大端排序\n");
return 0;
}3. 浮点数在内存中的存储
常见的浮点数：3.14159、1E10等，浮点数家族包括： float 、 double 、 long double 类型。
浮点数存储遵循IEEE 754标准，将浮点数表示为：
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，按照上面的格式，可以得出S=0，M=1.01，E=2。
十进制的-5.0，写成⼆进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2。
IEEE 754规定：
对于32位的浮点数，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，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
存储特点：
-
M存储时省略首位的1（因为总是1），只存储小数部分
-
E存储时为实际值加偏移量（8位E加127，11位E加1023）
3.2 示例分析
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
int n = 9;
float *pFloat = (float*)&n;
printf("n的值为：%d\n", n); // 输出9
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat); // 输出0.000000
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为：%d\n", n); // 输出1091567616
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat); // 输出9.000000
return 0;
}解释：
-
整数9的补码：00000000 00000000 00000000 00001001按浮点数解释：S=0, E=00000000, M=000...01001由于E全0，结果为接近0的小数，输出0.000000
-
浮点数9.0二进制：1001.0 = 1.001×2³，存储时：S=0, E=3+127=130 (10000010), M=001...
组合后的二进制被当作整数解释，即为1091567616
4. 练习巩固与解析
练习一：
cpp
#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;
}
// 输出：a=-1,b=-1,c=255解析：a和b为有符号char，-1的补码为11111111，按%d输出时整型提升为-1。c为无符号，整型提升后为255。
练习二：
cpp
#include <stdio.h>
int main() {
char a = -128;
printf("%u\n", a);
return 0;
}解析：-128的补码为10000000，按%u输出时整型提升为无符号整数，即4294967168。
练习三：
cpp
#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;
}解析：char的取值范围为-128~127。当i从0到999，a[i]的值从-1递减，经过-128后变为127，再到0。strlen遇到'\0'（即0）停止，因此统计从-1到-128（128个值）和127到1（127个值），共255个字符。
练习四：
cpp
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main() {
for(i = 0; i <= 255; i++) {
printf("hello world\n");
}
return 0;
}解析：unsigned char 的范围是0~255，不会跳出循环，所以会死循环地打印hello world。
练习五：
cpp
//小端环境下
#include <stdio.h>
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;
}解析：
-
&a + 1跳过了整个数组，ptr1[-1]即*(ptr1-1)为a[3]=4 -
(int)a + 1将地址按字节偏移1，在小端模式下，a[0]的存储为01 00 00 00，偏移1字节后指向00，接着读取4字节得到00 00 00 02，即0x2000000
总结
-
整数存储采用补码，统一了加减法运算
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大小端字节序影响多字节数据的存储顺序，可通过简单程序判断
-
浮点数存储遵循IEEE 754标准，通过S、M、E三部分表示，存储和读取有特殊规则
理解数据在内存中的存储方式，有助于编写更健壮、高效的C语言程序，尤其是在涉及底层操作、跨平台开发和数据序列化时。
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