C语言数据在内存中的存储

君辣堡

发布于 2025-12-20 09:00:02

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今天我要讲讲数据在内存中的存储形式，分为三个板块：

1. 整数在内存中的存储

2. ⼤⼩端字节序和字节序判断

3. 浮点数在内存中的存储

1.整数在内存中的存储

整数的二进制的表达方法其实有三种：原码，反码，补码

有符号整数的三种表达方法中均有符号位和数值位，符号位是用0来表示正，1来表示负

最高的一位被当为符号位，其余的都是数值位；

正整数的原码，反码，补码都相同

负整数的原码，反码，补码都各不同

原码：直接将整数按照正负数的形式转换为二进制得到的就是原码；

反码：将原码的符号位不变，数值为都按位取反得到的就是反码；

补码：反码+1，得到的就是补码；

对于整型来说：数据存放在内存中其实存放的是二进制的补码，原因如下：

1.在计算机系统中，数值⼀律⽤补码来表⽰和存储。

2.原因在于，使⽤补码，可以将符号位和数值域统⼀处理；

3.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的判断

了解了以上，我们来看这个代码：

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

这串代码调试后，我们会看到:

可以看到，这个数字是按照字节为单位，倒着存储的，这是为什么呢？

这时候我们就需要知道什么是大小端：

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，下⾯是具体的概念：

⼤端（存储）模式：

是指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容，保存在内存的低地址处。

⼩端（存储）模式：

是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的⾼地址处。

原因：

因为存储字节的方式有很多，所以就分为两种方式：大端或小端

相当于统一度量衡；

了解了这些之后，接下来我们做几道练习题吧：

重点练习题：

练习题1：

#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -1;
signed char b = -1;
unsigned char c = -1;
printf("a = %d, b = %d, c = %d", a, b, c);
return 0;
}

如图，我们知道signd char的取值范围是-128~127，unsigned char的取值范围是0~255；

题中char a和signed char b其实是等效的，都是有符号型，取值范围-128~127，负一的二进制序列为： 10000000 00000000 00000000 00000001，这是原码；

负数的话，补码就是原码取反，+1

取反：11111111 11111111 11111111 11111110

+1 ： 11111111 11111111 11111111 11111111；

然后就得到了补码 由于char类型只能放得下一个字节，会发生截断，取的是低位的字节，即：

11111111；

然后，打印是用%d打印，%d是打印10进制的有符号整型，则会发生整型升级，填充的是符号位的数字，也就是1: 11111111 11111111 11111111 11111111,这就是升级后的补码；

因为是负数，现在需要把补码转化为原码，转化过程为取反，+1：

取反：10000000 00000000 00000000 00000000（符号位不变）

+1： 10000000 00000000 00000000 00000001

这就是最终的原码，则输出的结果就是-1

这就是char a用%d输出的值，同理signed char b也是。

接下来看看unsigned char c：

虽然是unsigned ，无符号型，但是呢，我们强行把-1塞进去，这是改变不了的，所以我们照样先分析-1：

上面写过，所以我们抄下来，-1的补码是：11111111 11111111 11111111 11111111

同理，会截断，则得到： 11111111；

然后%d打印，同样是整型升级。但是注意!这是无符号整型，默认最高位是0，无负数！所以填充时，全部填0，则得到： 00000000 00000000 00000000 11111111；

显然，这是个正数，则原码即补码，所以直接输出值，答案就是：255；

这就是这道题。

练习题2

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    char b =  128;
    printf("%u\n", a);
    printf("%u\n", b);
    return 0;
}

我们看看这题。首先，我们计算一下a:

a的原码：10000000 00000000 00000000 10000000；

取反加1后可得到： 11111111 11111111 11111111 10000000；这就是补码；

同样，发生截断，截取低位字节：10000000；

然后用%u打印，%u是打印十进制的无符号整型.char 中存不下128，强制存放会变成-128，所以符号位是1,用%u打印，整型升级填符号位，所有全部填1：

11111111 11111111 11111111 10000000，即一个非常大的正数：4294967168

，同理，char b是-128，和上面一样：11111111 11111111 11111111 10000000，即4294967168

那，为什么128会变成-128呢？看图：

如图。128就在-128的位置，这是char类型的变化，同理，129就是-127了，255就是-1，256就是0，数字继续增大，就会继续循环。知道这个后，我们来看看下面这练习题3：

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

如图，i 会随着for循环一直增大直到999，既然知道了上面的变化规律，那么这题就会变得很简

单，当i增大到254时，即arr[253],也就是第255个元素，得到了-256，-256的规律无非就是反过来

绕圈，那么结果还是0，意思就是在第255个元素时，里面填的是\0,那么后面的元素都不用看了，

srelen读取到\0就停止，那么输出的结果就是255，这就是这道题。

接下来，看这道最难的练习题：

#include <stdio.h>
//X86环境 ⼩端字节序
int main()
{
int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
int *ptr1 = (int *)(&a + 1);
int *ptr2 = (int *)((int)a + 1);
printf("%x, %x", ptr1[-1], *ptr2);
return 0;
}

如图，32位环境下，小端字节序：

我们直接看这句：int *ptr1 = (int *)(&a + 1); &a代表取了整个数组的地址，那么&a+1就是代表跳过了整个数组，指向了最后一个元素的下一个元素：

如图所示，指向4后面。因为是数组的地址，是int （*）[4]类型的，所以要强制类型转换为int*，然后让指针ptr1指向这个地址。

那么打印时用%x，即以十六进制形式打印无符号整数，打印的是ptr1[-1],我们知道，这个的意思是

*（prt1-1），那么就是指针向前走一位置，指向4的开头，然后解引用指针，指针向后访问，得到4；4用%x打印就是0x4（或者0x 00 00 00 04）,最后输出结果省略0x,那么结果就是4.

再看：int *ptr2 = (int *)((int)a + 1); 老样子，先从内层看起，a是数组名，将a强制类型转换为int类型，然后+1，意思就是：首元素地址（假设为0x11223344），转化为int类型，那么+1就是直接在地址的基础上+1，那么就得到了0x11223345,意思是指向了首元素的第2个字节，而非第2个元素，如图：