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C语言—数据在内存中的存储

news 来源：原创 2024/9/29 7:32:27

1.整数在内存中的存储

文章回顾（C语言—操作符详解）

整数的2进制表示方式有三种，即原码、反码和补码。

有符号的整数，三种表示方式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”，最高位的一位是被当做符号位，剩余都是数值位。

正整数的原、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得到的就是原码。

反码：将原码的符号位不变，其他位次按位取反。

补码：反码+1。

对于整型来说：数据存放内存中，其实存放的是二进制的补码。

因为在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。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。

2.大小端字节序和字节序判断

#include <stdio.h>int main()
{int a = 0x11223344;return 0;
}

可以发现：在内存管理中，是倒着存储的。

2.1 大小端

其实超过一个字节的数据在内存中存储的时候，就有存储顺序的问题，按照不同的存储顺序，我们分为大端字节序存储和小端字节序存储。

大端（存储）模式：数据的低位字节内容保存在内存的高地址处，而数据的高位字节内存，保存在内存的低地址处。

小端（存储）模式：数据的低位字节内存保存在内存的低地址处，而数据的高位字节内存，保存在内存的高地址处。

2.2 为什么有大小端

在计算机系统中，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，32bit 的long型（要看具体编译器），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。

#include <stdio.h>
#include <string.h>int check_sys()
{int a = 1;if (*(char*)&a == 1){return 1;//小端}else{return 0;//大端}
}int main()
{if (check_sys() == 1){printf("小端");}else{printf("大端");}return 0;
}

练习1：

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{//10000000 00000000 00000000 00000001//11111111 11111111 11111111 11111110//11111111 11111111 11111111 11111111char a = -1;//11111111——>整型提升11111111 11111111 11111111 11111111//                     10000000 00000000 00000000 00000000//                     10000000 00000000 00000000 00000001signed char b = -1;unsigned char c = -1;//11111111——>整型提升00000000 00000000 00000000 11111111printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//                      -1  -1 255return 0;
}

练习2：

#include <stdio.h>int main()
{char a[1000];int i;for (i = 0; i < 1000; i++){a[i] = -1 - i;}printf("%d", strlen(a));return 0;
}

输出：255

练习3：

#include <stdio.h>unsigned char i = 0;//  0-255int main()
{for (i = 0; i <= 255; i++){printf("hello world\n");}return 0;
}

死循环

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。

浮点数表示的范围：float.h 中定义。

3.1 浮点数的存储

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：

V=（-1）的S次方 * M * 2的E次方
（-1）的S次方表示符号位，当S=0时，V为正数；当S=1，V为负数。
M表示有效数字，1<=M<2
2的E次方表示指数位

10进制的5.5。在二进制中就是（-1）的0次方 * 1.011 * 2 的2次方。

对于32位的浮点数（float），最高的1位存储的是S，接着的8位存储指数E，剩下的23 存储M

对于64位的浮点数（double），最高的1位存储的是S，接着的11位存储指数E，剩下的52位存储M

3.1.1 浮点数存的过程

IEEE 754 对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

M的存储方式：

前面说过，1<=M<2,也就是说，M可以写成1.xxxxxxx的形式。

同时，IEEE 754 也规定，在计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以被省去，

只保存后面的xxxxx（小数部分）。

E的存储方式：

关于指数E，首先E是一个无符号整数（unsigned int）。

这意味着，如果E是8位的，它的取值范围是0 - 255 ；如果E是11位的，它的取值范围是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 ，即10001001。

3.1.2 浮点数取的情况

情况1：E有0有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，得到真实值，再将有效数组M前加上第一位的1。

比如：0.5的二进制形式为0.1，由于规定了有效数字的范围，所以就变成了：（-1）^0 * 1.0 * 2^（-1）。

最后就是：0 01111110 00000000000000000000000

情况2：E全为0

说明指数真实值其实是1-127次方或者1-1023次方（这是一个死规定），而且前面那个整数1也不要了。那么这个数肯定就是一个很接近0的数字。

情况3：E全为1

说明指数真实值其实是128，说明这个数其实是一个很大很大的数字。

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