深度剖析数据在内存中的存储——整形提升

àì夳堔傛蜴生んèń 2024-03-30 15:38 88阅读 0赞

**本章重点：**

1.  ## 数据类型介绍 ##

前面我们已经学习了基本的内置类型：

char //字符数据类型
    short //短整型
    int //整形
    long //长整型
    long long //更长的整形
    float //单精度浮点数
    double //双精度浮点数

**C语言有没有字符串类型？**C语言是没有字符串类型的，字符串是以**字符型指针**来**储存的** 如**：**char\* ch。

**数据类型的意义：**

1.  使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了适用范围）。

1.  如何看待内存空间的视角。

### 1.1类型的基本归类： ###

**整型家族：**

char
        unsigned char
        signed char
    short
        unsigned short [int]
        signed short [int]
    int
        unsigned int
        signed int
    long
        unsigned long [int]
        signed long [int]

字符储存是以ASCLL码值来储存的，ASCLL值是整型，所以char类型是归类为整形家族。

**浮点型家族：**

float
    double

**构造类型：**

> 数组类型
    > 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;

**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 ##

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。

比如：

int a=10;
    int b=-20;

我们知道int类型在32位机器下字节长度是4，那么如何储存呢？

### 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”，而数值位

**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。

![d3345fa630e4583ea90410da3d85b48b.png][]

我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点**不对劲**。

这是又为什么？

### 2.2大小端介绍： ###

**大端小端定义：**

> 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；  
> 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

**为什么会存在大小端？**

> 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8 bit。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整型提升：** ###

1.
    #include <stdio.h>
    
    int main()
    {
        char a = -1;
        //-1 是整数，32bit
        //10000000000000000000000000000001
        //11111111111111111111111111111110
        //11111111111111111111111111111111
        //11111111 - a  截断
        //11111111111111111111111111111111 - 提升
        //
        signed char b = -1;
        unsigned char c = -1;
        //10000000000000000000000000000001
        //11111111111111111111111111111110
        //11111111111111111111111111111111
        //00000000000000000000000011111111
        //
        //      -1    -1   
        printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
        //%d是打印有符号的整数
        //
        return 0;
    }

运行结果：

![8f64d38af7f482766f868116f4ddf9b6.png][]

这里会有一个新知识补位，如何补位呢？

1.  有符号数补位

![c910aad5bb8bd09ca0b90f9124c1398d.png][]

**高位补充符号位，负数高位补充1**

![f93c4347868cc5008e51b2210ec03ef6.png][]

**高位补充符号位，负数高位补充1**

1.  无符号数补位

**无符号整形提升，高位全补0**

#include <stdio.h>
    
    int main()
    {
        char a = 3;
        char b = 127;
        char c = a + b;
        printf("%d\n", c);
        return 0;
    }

运行结果：

![c53cb72d082e3f401569e601274d5063.png][]

//为什么c的值等于 - 126呢？
    //
    //a = 3, 3是一个整形，4个字节占32个bit位
    //
    //00000000 00000000 00000000 00000011 //3的二进制原码
    //而char类型只能存储1个字节
    //
    //00000011 —a
    //
    //b = 127，也是一个整形
    //00000000 00000000 00000000 01111111 // 127的二进制原码
    //而char类型只能存储1个字节
    //
    //01111111 —b
    //
    //那么表达式a和b是如何相加的呢？
    //
    //a, b进行表达式运算时进行整型提升
    //
    //00000000 00000000 00000000 00000011 —a
    //
    //00000000 00000000 00000000 01111111 —b
    //
    //a, b这时变成整形，直接进行相加。
    //
    //00000000 00000000 00000000 10000010 —c
    //
    //但是c是char类型，只能存1个字节，必须进行截断处理
    //
    //10000010 ----c
    //
    //最后c要打印成 % d，整形的形式
    //
    //char类型的c再次进行整形提升，此时的结果为（内存中存储的是补码）
    //
    //11111111 11111111 11111111 10000010 —c的补码
    //
    //11111111 11111111 11111111 10000001 —c的反码
    //
    //10000000 00000000 00000000 01111110 —c的原码
    //
    //原码转换为十进制为 - 126

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