解析C语言中数据在内存中的存储

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-11-17 15:58 190阅读 0赞

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# 系列文章目录 #

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### 文章目录 ###

*  系列文章目录
 *  前言
 *  一、数据类型介绍
 *   *   *   *  1.类型的基本归类
             *   *   *  1.整形家族
                     *  2.浮点型家族
                     *  3.构造类型
                     *  4.指针类型
                     *  5.空类型
 *  二、整型在内存中的存储
 *   *  1.原码、反码、补码
     *  2.内存中怎样存储
     *  3.大小端字节序
     *   *   *  1.大端小端的概念
             *  3.大小端字节序的由来
             *  3.判断系统是大端还是小端
     *  4.整形存储的典型例题
 *  三、浮点型在内存中的存储
 *   *   *   *  1.浮点型怎么存储
             *  2.浮点型存储例题
 *  总结

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# 前言 #

1. 数据类型详细介绍  
2. 整形在内存中的存储：原码、反码、补码  
3. 大小端字节序介绍及判断  
4. 浮点型在内存中的存储解析

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# 一、数据类型介绍 #

#### 1.类型的基本归类 ####

###### 1.整形家族 ######

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

###### 2.浮点型家族 ######

> float  
> double

###### 3.构造类型 ######

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

###### 4.指针类型 ######

> int *pi;  
> char pc;  
> float pf;  
> void* pv;

###### 5.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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# 二、整型在内存中的存储 #

## 1.原码、反码、补码 ##

> 计算机中的有符号数有三种表示方法，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  
> 三种表示方法各不相同。  
> 原码:  
> 直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。  
> 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了。

代码如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<stdio.h>
    int main()
    { 
    	int a = 20;                //00000000 00000000 00000000 00010100 20的原码、反码、补码相同
    
    	int b = -10;               //10000000 00000000 00000000 00001010 10的原码
        printf("%d\n", a + b);     //11111111 11111111 11111111 11110101 10的反码
    
    	return 0;                  //11111111 11111111 11111111 11110110 10的补码
    }                              //00000000 00000000 00000000 00010100 20的补码
                                  //100000000 00000000 00000000 00001010 两者相加,因为int只有32位丢掉最前面的

## 2.内存中怎样存储 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

![在这里插入图片描述][20210410211151487.png]  
![在这里插入图片描述][20210410211218320.png]

## 3.大小端字节序 ##

#### 1.大端小端的概念 ####

> 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。  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

#### 3.大小端字节序的由来 ####

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

#### 3.判断系统是大端还是小端 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
代码如下：

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

## 4.整形存储的典型例题 ##

代码如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<stdio.h>
    int main()
    { 
    	char a = -1;                              //10000000 00000000 00000000 000000001 -1的原码
    	signed char b = -1;                       //11111111 11111111 11111111 111111110 -1的反码
    	unsigned char c = -1;                     //11111111 11111111 11111111 111111111 -1的补码
    	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);        //因为a是字符类型，所以发生截断 111111111
    	return 0;                                 //%d打印十进制，所以发生整形提升，按符号位来提升
    }                                             //11111111 11111111 11111111 11111111 -1的补码，所以原码为-1
                                                  //对于unsigned char来说 11111111 中1不是符号位所以高位补0
                                                  //00000000 00000000 00000000 11111111 所以为正数，原、反、补相同为255

代码如下：

int main()
    { 
    	char a = -128;                           //10000000 00000000 00000000 10000000 128的原码
    	printf("%u\n", a);                       //11111111 11111111 11111111 01111111 128的反码
    }                                            //11111111 11111111 11111111 10000000 128的补码
                                                 //因为a是字符类型,所以发生截断 10000000 a的值
                                                 //%u是打印无符号整形,所以发成整形提升
                                                 //11111111 11111111 11111111 10000000
                                                 //%u是无符号整形，所以原码、反码、补码相同

代码如下：

int main()
    { 
    	char a = 128;                           //00000000 00000000 00000000 10000000 128的原码 
    	printf("%u\n", a);                      //01111111 11111111 11111111 01111111 128的反码
    }                                           //01111111 11111111 11111111 10000000 128的补码
                                                //因为a是char类型，所以发生截断 10000000 -a
                                                //%u是打印无符号整形,所以发生整形提升,因为是char类型,所以高位是符号位
                                                //11111111 11111111 11111111 100000000 
                                                //%u是无符号整形，所以原码、反码、补码相同

代码如下：

int main()
    { 
    	int i = -20;                            //10000000 00000000 00000000 00010100 -20的原码
    	unsigned int j = 10;                    //11111111 11111111 11111111 11101011 -20的反码
    	printf("%d\n", i + j);                  //11111111 11111111 11111111 11101100 -20的补码
    }                                           //00000000 00000000 00000000 00001010 10的原码、反码、补码
                                                //11111111 11111111 11111111 11110110 相加为补码
                                                //11111111 11111111 11111111 11110101 反码
                                                //10000000 00000000 00000000 00001010 补码 为-10

代码如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<stdio.h>
    #include<Windows.h>
    int main()
    { 
    	unsigned int i = 0;           //此时打印完9 8 7 6 5 4 3 2 1 0减减为-1是无符号在内存中补码是全部为1,i恒大于0
    	for (i = 9; i >= 0; i--)
    	{ 
    		printf("%u \n", i);
    		Sleep(1000);
    	}
    	return 0;
    }

代码如下：

int main()
    { 
    	char a[1000];
    	int i;
    	for (i = 0; i < 1000; i++)         //char类型为8位，取值范围是2^8是-128到127，所以strlen为255
    	{ 
    		a[i] = -1 - i;
    	}
    	printf("%d\n", strlen(a));
    	return 0;
    }

代码如下：

unsigned char i = 0;
    int main()    
    { 
    	for (i = 0; i <= 255; i++)     //死循环的打印bit，因为unsigned char取值范围是0-255，所以for循环永远成立
    	{     
    		printf("bit\n");
    	}
    	return 0;
    }

# 三、浮点型在内存中的存储 #

#### 1.浮点型怎么存储 ####

> 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.(-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。  
> 2.M表示有效数字，大于等于1，小于2。  
> 3.2^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。  
> 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位是符号位s，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M

![在这里插入图片描述][20210410212112943.png]

#### 2.浮点型存储例题 ####

代码如下：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
    #include<stdio.h>
    int main()
    { 
    	int n = 9;
    	float* pFloat = (float*)&n;
    	printf("n的值为:%d\n", n);
    	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
    
    	*pFloat = 9.0;
    	printf("num的值为:%d\n", n);
    	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

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# 总结 #

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了数据整形和浮点型在内存中的存储，了解这个更能令我们了解数据怎么在内存中存储。另外，如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。  
![在这里插入图片描述][20210410212513826.png_pic_center]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221022/43720d5cc5d9473aa77f666ba3db357a.png
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[20210410211151487.png]: /images/20221022/720c0cbead44467896f47c2fdb40dd0c.png
[20210410211218320.png]: /images/20221022/6df963a5a7a74151babc7cd8f0738029.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221022/ab5c1ba627a648b9bd057b1de152b4c7.png
[20210410212112943.png]: /images/20221022/9d25b4f1cc484322a708469ed6b1f175.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTE4MDkw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221022/f0441c805b8f4d5196e3aa32fcec787b.png
[20210410212513826.png_pic_center]: /images/20221022/aa94fd3941724a598e6e047398cc8d0c.png