数据在内存中的存储（一个新手的理解）

news2024/11/23 20:15:11

1.整数在内存中的存储

正整数的原，补，反码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同。

提示：负数的反码等于原码符号位不变，其他位置的二进制位取反。

负数的补码等于反码+1.

对于整型来说：数据存放在内存中其实存放的是补码。

为什么呢？

使⽤补码，可以将符号位和数值域统⼀处理；

2.大小端字节序和字节序判断

首先看一个代码（VS系统）

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

这个代码的结果呢？

可以看出低位的数字存储在了前面；这是小端存储

2.1什么是大小端？

超过一个字节的数据在内存中存储时，就有存储顺序的问题，按照不同的存储顺序，我们可以把分为大端字节存储和小端字节存储。在不同的编译器中不同。

大端存储：通俗来说就是数字的比较大的位数存到了前面。就像 0x11223344，如果为大端存储的话那在内存里面先存储的就是 11 22 33 44，和上面的图片相反

小端存储：就是数字的比较小的位数存到了前面。和上图一样!!!

一个自编小口诀，前大大，前小小。就是前面如果是数字位数大的数字的话就是大端存储，反之相同。

2.2为什么有大小端呢？

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，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。

2.3那怎么知道编译器是什么存储呢？

可以写一个小代码来研究

#include <stdio.h>
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;
}

这个代码这样看，在最上面的check 函数中先给 int i = 1，之后返回时将 i 的强制转换为 char * 是因为本来存储的是 int 变量占了4个字节，如果把这个存储的字节单独拿出来看呢，如果前面第一个字节存的是 01，那就代表了将小位的数字存在了前面，为小端存储，反之相同。

2.4几个有趣的小练习

#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;
}

输出结果a b = -1，c =255.

这个练习，可以看出用char 来存储数字，但存储数字的时候存的是补码。因为char 其实是signed char的缩写。所以a b 其实是相同的。因为 sighed char 是有符合的字符型，只保存一个字节，所以 3个变量的二进制位都是 11111111.因为前两个变量是有符号的，所以在下面要求打印%d 时发生整型提升，因为两个变量是有符号的，所以提升时前面的符号位为1.所以提升时32个二进制位全为1 。但打印时是以原码打印，因为前两个变量的符号位是1 是负数。负数的原码等于补码减一并取反。所以最终前两个变量的原码就是第一位二进制位和最后一位二进制位为1，其他全为0，所以等于-1.

但不同的是 unsighed char 因为是无符号整型，在整形提升时，c变量的二进制位前面全部补0.所以c 的二进制表示是 00000000 00000000 00000000 11111111.因为正数的原反补码相同所以，c = 255.

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





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

第一个a 打印出来一个特别大的数字，第二个char

这个练习要求打印 %u 就是无符号整型。给的两个有符号的 char 类型。

第一个 char 因为是负的-128，所以他的原码其实就是 10000000，对他整型提升后就是。

11111111 11111111 11111111 10000000，因为要打印无符号整型，所以第一个二进制位不看做符号位。，所以这个数字是正数，原码反码补码相同，所以打印出来一个特别大的数字。

第二个 a 其实写下来和第一个a 的原码其实是一样的，因为 char 只有一个字节8个二进制位。-128 和 128的二进制位其实相同，所以两个数字的结果相同。

#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;
}

这个代码的最终结果是255.

为什么呢？首先给了一个 1000的i 循环。将a【i】 = -1 - i；

因为a 【i】是char 类型只有 1个字节 8 个二进制位。第一个a【i】 = -1.二进制位是

10000001.每次都减一直到 11111111 ，它的原码就是 10000000.在vs 中这个数字为-128

所以-128再减一就变成了 127 在一直减到 00000000.其中总共走了 255次。出现 0 。

strlen 计算字符直到出现 0.所以得出255.

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

无符号char型的范围如上图。

本题的无符号char 类型的范围 0 -255.因为for 循环一直打印到255.但255加一又等于 0.

这就会导致死循环。

#include <stdio.h>
int main()
{
	unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
	}
	return 0;
}

这题也是一个死循环，因为是无符号整型，所以当减到0时，再减一，就变成了 32个二进制位都是 1.这样一直循环下去。

3.浮点数在内存中的存储

常⻅的浮点数：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

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

由上图可以看出浮点数和整型的存储方式是不同的

3.2浮点数的储存

上图则是浮点数在计算机内部的表示方法。

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。

对于32位的浮点数，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，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

3.2.1 浮点数存的过程

M保证是 1<=M<2.

E如果为8位取值范围就是0-255，如果为11位就是0-2047.根据IEEE的规定，需要给E中额外存入一个数字 8位E就是 127 ，11位就是 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从内存中取出还要分为三种情况。

1.E不全为0或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 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，补⻬0到23位