【C语言】深度剖析数据在内存中的存储

小灰灰 2023-10-15 22:16 50阅读 0赞

**目录**

一、数据类型详细介绍

1.1、类型的基本归类

二、整形在内存中的存储

2.1、大小端字节序介绍及判断

三、浮点型在内存中的存储

3.1、浮点数存储规则

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### 一、数据类型详细介绍 ###

类型的意义：

> 1、使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
> 
> 2、如何看待内存空间的视角。

> 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

#### 1.1、类型的基本归类 ####

> 这里**整型**中，除了char，其余类型C语言中都规定了省略signed和unsigned只写int、short、long时都会默认为**signed。**

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除此之外，还有一个空类型，即void。通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。

### 二、整形在内存中的存储 ###

> 在**往期博客**中有讲过一个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。[【C语言】整数的二进制以及移位操作符\_Hacynn的博客-CSDN博客][C_Hacynn_-CSDN]

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>  **对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。下面进行证明。**

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> 通过原码、反码、补码的转换，得到-10的补码，接着将补码转换成16进制并和内存中的值比较，发现确实是0xfffff6。
> 
> 但是，我们发现顺序有点**不对劲，这里的顺序是倒过来的，这是为什么呢？接下来就需要介绍到大小端。**

#### 2.1、大小端字节序介绍及判断 ####

**什么是大端小端：**

>  *  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。
> 
> **口诀：**大段：低高高低；小端：低低高高

**那么为什么会有大小端之分呢？**

> 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。

### 三、浮点型在内存中的存储 ###

**常见的浮点数：**

>  *  3.14159
>  *  1E10
>  *  浮点数家族包括： float、double、long double 类型。
>  *  浮点数表示的范围：float.h中定义

#### 3.1、浮点数存储规则 ####

**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)^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，大于等于1，小于2。
>  *  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。

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> 对于**64位**的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M。

![118b5a3fd413494388abcf3f3a6bd0c6.png][]

**IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定：**

> 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。

**至于指数E，情况就比较复杂：**

> **首先，E为一个无符号整数（unsigned int）**  
> 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，必须保存成10+127=137，即  
> 10001001。

> 1、E不全为0或不全为1
> 
> 这时，浮点数就采用下面的规则表示，即指数E的计算值减去127（或1023），得到真实值，再将有效数字M前加上第一位的1。  
> 比如：  
> 0.5（1/2）的二进制形式为0.1，由于规定正数部分必须为1，即将小数点右移1位，则为  
> 1.0\*2^(-1)，其阶码为-1+127=126，表示为01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000，
> 
> 则其二进制表示形式为:
> 
> ![bcb21d52e4e94882b3e1cd6359f4d2b4.png][]
> 
> 2、E全为0
> 
> 这时，浮点数的指数E等于1-127（或者1-1023）即为真实值，有效数字M不再加上第一位的1，而是还原为0.xxxxxx的小数。这样做是为了表示±0，以及接近于0的很小的数字。
> 
> 3、E全为1
> 
> 这时，如果有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位s）。

至此浮点数的表示规则就结束了。

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