#C语言——学习攻略：数据在内存中的存储--整数在内存中的存储，大小端字节序和字节序判断，浮点数在内存中的存储

1. 整数在内存中的存储

--对于整数2进制表达，在前面已经学过有三种方式：原码、反码、补码；

--对于有符号整数，有着符号位与数值位两部分：符号位（最高位-左）——0表示正数、1表示负数；剩余数值位测试对照2进制进行转换。

--无符号整型则都是数值位。

--正整数三种码都相同；--负整数三种码各不相同

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，其他位依次按位取反就可以得到反码； 补码：反码+1就得到补码；（补码换原码：取反，+1）

--对于整型数据，存放在内存中的为2进制 补码，方便处理。

2. 大小端字节序和字节序判断

--了解完整数的存储后，下面进行代码调试看看一个问题：

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	return 0;
}

--发现数据a再内存中按照字节为单位，并且是倒着存储，为啥？？请看下面内容：

2.1 大小端是啥？（概念牢记！）

--超过1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。

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（看编译器）。另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位处理器，由于寄存器宽度大于⼀个字节，必然存在着如何将多个字节安排的问题，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。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。

2.3 练习

2.3.1 请简述大端字节序和小端字节序的概念，编写程序判断当前机器的字节序（--百度笔试-掌握！）

int check_sys()
{
	int i = 1;
	return (*(char*)&i);
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

2.3.2 练习2--看注释部分（char类型存储的图解）

--对于char类型存储的图解，很重要！

int main()
{
	char a = -1;//-1

	-1原码：10000000 00000000 00000000 00000001
	-1补码；11111111 11111111 11111111 11111111
	对于char类型，只能存储8比特位，即一字节：11111111
	printf-%d-十进制有符号，整型提升：11111111 11111111 11111111 11111111
	结果-1

	signed char b = -1;//-1

	-1原码：10000000 00000000 00000000 00000001
	-1补码；11111111 11111111 11111111 11111111
	对于char类型，只能存储8比特位，即一字节：11111111
	printf-%d-十进制有符号，整型提升：11111111 11111111 11111111 11111111
	结果-1

	unsigned char c = -1;//255

	-1原码：10000000 00000000 00000000 00000001
    -1补码；11111111 11111111 11111111 11111111
	对于char类型，只能存储8比特位，即一字节：11111111
	printf-%d-十进制有符号，整型提升,unsigned：00000000 00000000 00000000 11111111
	结果为255

	printf("%d %d %d\n", a, b, c);
	return 0;
}

--进行整型提升时，看变量的类型：有符号--左边补符号位的数值，无符号--左边补0。 --注意是看截取后的2进制序列！！

2.3.3 练习3（按占位符%u的要求打印即无符号整型）

int main()
{
	char a = -128;

	a原码：10000000 00000000 00000000 10000000
	a补码：11111111 11111111 11111111 10000000
	char进行截断：10000000//符号位1
	整型提升，有符号：11111111 1111111 1111111 10000000
	因为%u，所以将提升后的序列按无符号看待
	结果4294967168
	
    printf("%u\n", a);//按占位符%u的要求打印即无符号整型
	return 0;
}

int main()
{
	char a = 128;

	a的补码：00000000 00000000 00000000 10000000
	char截断：10000000//符号位1
	整型提升：11111111 1111111 1111111 10000000
	因为%u，所以将提升后的序列按无符号看待
    结果：4294967168

	printf("%u\n", a);
	return 0;
}

2.3.4 练习4

#include <string.h>
int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	//看上面的图解，可知char型范围-128~127，循环一轮遇0结束，共255位
	printf("%zu\n", strlen(a));
	//strlen计算'\0'之前的元素个数，'\0'ASCII-0
	return 0;
}

2.3.5 练习5

int main()
{
	unsigned char a = 0;
	//unsigned char范围再0~255
	for (a = 0; a <= 255; a++)
	{
		printf("hello world\n");
	}

	//结果无限循环，因为条件恒成立
	return 0;
}

int main()
{
	unsigned int i;
	//无符号整型恒大于0
	for (i = 9; i >= 0; i--)//条件恒成立
	{
		printf("%u\n", i);//无限循环
	}
	return 0;
 }

2.3.6 练习6

//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);//转换成整型再进行+1，跳过一个字节
	printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);
	//0x 00 00 00 04--4
	//0x 02 00 00 00--2000000
	return 0;
}

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 练习--知识引例

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("n的值为：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

--对于结果为什么这样，带着疑问，我们往下看：

3.2 浮点数的存储

--上面的代码中， n 和 *pFloat 在内存中明明是同⼀个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？

--想要搞清楚，就要明白浮点数在计算机内部的表示方法：

--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)^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，M是大于等于1，小于2的 (十进制转换二进制);

2^{E}

表示指数位;

--举例来看：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。

--IEEE 754规定：

• 对于32位的浮点数(float)，最高的1位存储符号位S，接着的8位存储指数E，剩下的23位存储有效数字M;
• 对于64位的浮点数(double)，最高的1位存储符号位S，接着的11位存储指数E，剩下的52位存储有效数字M;

--float类型浮点数内存分配

--double类型浮点数内存分配

3.2.1 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。

--前面说， 1 ≤ M<2 ，也就是，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时，只保存01，等到读取时，再把第一位的1加上。这样做就节省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为无符号整数（unsigned int）,意味着E为8位，取值范围为0~255；E为11位，取值范围为0~2047。但我们知道，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。

3.2.2 浮点数取的过程

--指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

• E不全为0或不全为1（常规情况）

--浮点数采用下面的规则表示，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 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(中间值)=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:

0 01111110 00000000000000000000000

• E全为0

--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。

0 00000000 00100000000000000000000

• E全为1

--如果有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位s）：

0 11111111 00010000000000000000000

3.3 3.1题目解析

int main()
{
	int n = 9;
	printf("n的值为：%d\n", n);//整型输出9
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//输  出：0.000000
	return 0;
}

--整型数据的存储，二进制补码 00000000 00000000 00000000 00001001

--将n的地址赋值pFloat，也就是指向了n的2进制序列; 0 00000000 00000000000000000001001-->也是4字节，当成浮点型的存储; --按照浮点型存储的方式进行解读: 首位S = 0; E=全0，则指数E = 1-127 = -126; M=0.00000000000000000001001; (-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126; %f打印6位小数：0.000000;

int main()
{
    *pFloat = 9.0;
    printf("n的值为：%d\n", n);//1,091,567,616
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//浮点型存，浮点型取，输出：9.0
	return 0;
}

--将9.0以浮点数放进Float，在以浮点型赋值n; --将9.0按浮点数方式存放--转换 : (-1)^0 * 1.001 * 2^3 --S=0; --E=e; --M=1.001; --按照浮点型存放： --0 10000010 00100000000000000000000(后面0补齐23) --按照整型取：就当成补码直接打印：1,091,567,616

知识回顾：

#C语言——学习攻略：探索内存函数--memcpy、memmove的使用和模拟实现，memset、memcmp函数的使用

结语：本篇内容就到这里了，主要分享了数据存储一些内容，后续仍会分学习C语言的相关知识；如果这篇文章对你的学习有帮助的话，欢迎一起讨论学习，你这么帅给个三连吧~~~