【c语言】数据在内存中的存储
文章目录
- 前言
- 1、数据类型的意义
- 2、整型在内存中的存储
- 2.1原码、反码和补码
- 2.2大小端存储
- 3、浮点数在内存中的存储
前言
我们以及学习了许多数据类型，例如char short int float double，那么你知道这些数据是如何在内存中存储的吗？
1、数据类型的意义
将数据类型分类有许多实际意义
1.更有利于内存空间的分配。我们想象一个场景，当你想存下一个人的身高时，我们知道身高是不存在负数的，我们这时可以定义一个unsigned float类型的数据（unsigned是指无符号数）；当你想存入一个人的年龄时，我们可以定义short型，因为我们知道人的年龄一般不会太大，我们不需要太大的内存空间去存储一个较小的数值。当你想存储一个精度非常大的小数时，你可以定义一个double类型的数据。这样才可以让你的内存空间得到有效率的利用。
2.可以区分我们看待内存的视角。我们存除整型数据时，与我们存储浮点型数据时，其数据在内存的含义是不同的。
2、整型在内存中的存储
我们在c语言的学习过程中，总是会去定义一个数据类型，例如：
int a = 10；
int b = -20；
那他们在内存中究竟是怎么存储的呢？
2.1原码、反码和补码
要知道整型在内存中的存储我们就要首先了解一下什么是原码、反码和补码。
例如一个数字-10，转换成8位二进制的原码就是：10001010
其中，第一位我们规定它为符号位，0表示这个数是正数，1表示这个数是负数。同时，反码和补码也是如此。
原码转换为反码就是：原码符号位不变，其它位按位取反
得到：11110101。这个就是反码
而此时，我们再将反码+1，我们就可以得到补码
补码：11110110
综上：我们对原码、反码、补码的得到方式进行总结。
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：将原码除符号位（第一位）外，按位取反得到反码。
补码：反码+1得到补码。
但是这里要注意，正数的原反补相同，即都是00001010.
2.2大小端存储
什么是大小端存储？
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。
我们常用的x86使用的就是小端存储，即将数据的低位保存在内存的低地址中。
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。
由此看来，整型在内存中的存储是原反补与大小端存储的结合体。
3、浮点数在内存中的存储
说起浮点数的存储，我们就不得不提到一个标准：IEEE 754
其具体标准是：
(-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：十进制的5.5，写成二进制：101.1，那么就相当于1.011*2^2。
那么按照上面的格式，S=0，M=011（小数点前面的1自动省略），E=2.
下面是IEEE 754对于32位浮点数（float）的二进制表示方式
对于64位浮点数（double）的二进制表示方式：
对于S没有什么可描述的，无非就是1表示是负数，0表示是正数。
对于E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。
对于M，例如1.01，我们会默认第一位是1，故我们只保存01，这样我们可以节约一个空间。
将E从内存中取出时，要经过下面的操作
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:
00111111000000000000000000000000
取出不过是它的逆过程，阶码自然要减去127，尾数添上1。