目录

一、数据类型介绍

1.基本的内置数据类型

2.类型的基本归类

二、整型在内存中的存储

1.原码反码补码

2.大端字节序与小端字节序

3.一些经典的题目

三、浮点型在内存中的存储

总结

---

一、数据类型介绍

1.基本的内置数据类型

这部分我们在一开始的时候已经说过了，如下表所示

char short int long long long float double

//字符数据类型 //短整型 //整形 //长整型 //更长的整形 //单精度浮点数 //双精度浮点

 这些内置数据类型也有他们的意义：

1.使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）

2.如何看待内存空间的视角

2.类型的基本归类

整型家族

char	unsigned char         signed char
short	unsigned short [int]         signed short [int]
int	unsigned int         signed int
long	unsigned long [int]         signed long [int]
long long	unsigned long long [int]         signed long long [int]

1.首先要注意的是char类型，字符在存储的时候存储的是ASCII码值，ASCII是整数，所以在归类的时候，字符是归类为整型家族的。

2.[int]是可以省略的

3.除过char类型以外，signed是可以省略的

4.char代表的是signed char 还是 unsigned char是取决于编译器的，常见的编译器上char==signed char

浮点数家族

float

double

构造类型（自定义类型）

数组类型	int a[10]的类型是int [10]，int a[11]的类型是int [11]，char a[5]的类型是char [5]
结构体类型	struct
枚举类型	enum
联合类型	union

指针类型

int* pi

char* pc

float* pf

void* pv

空类型

void 表示空类型（无类型）

通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型

二、整型在内存中的存储

我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。

那么数据在所开辟的空间中到底是如何存储的？

比如说

int a=20;

int b=-10;

我们知道int 需要开辟四个字节的空间，那么这四个字节的空间到底该如何使用呢？

1.原码反码补码

关于原码、反码、补码我们之前是提到过的

计算机中的整数有三种2进制表示方法，即原码、反码和补码。
三种表示方法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”
正数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表示方法各不相同。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码

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
由此我们便可以从原码得到补码，从补码到原码我们可以逆着过程来，也可以使用取反+1的方式得到

我们使用上面的例子来分析一下

     int a = 20;
    //正数的原码反码补码相同
    //原码：00000000 00000000 00000000 00010100
    //反码：00000000 00000000 00000000 00010100
    //补码：00000000 00000000 00000000 00010100
    int b = -10;
    //原码：10000000 00000000 00000000 00001010
    //反码：11111111 11111111 11111111 11110101 ----符号位不变，其他按位取反
    //补码：11111111 11111111 11111111 11110110 ----反码+1

 我们知道数据在内存中是补码的形式存储的。

那么我们来看一下内存中这些数据是如何存放的

我会发现这个是使用16进制数存放的，这是因为如果是二进制的话，那么显得过于太长了，使用16进制数更为简洁

所以我们不妨先写出a的十六进制数，也顺便把b的十六进制数写出来，注意由于数据在内存中都是以补码的形式存储的，所以我们应该写补码的十六进制数

我们会发现确实是按照16进制数，并且以补码的形式存储的。但是我们发现这是以字节为单位倒着存放的。这块的问题我们待会讨论

 

 在这里我们先说一下为什么要以补码的形式进行存储

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，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

我们可以举一个例子说明一下

假如说我们想要计算1-1的话，那么其实由于cpu只有加法器，所以我们计算机是这样计算的1+（-1）来实现的，这样的话就把减法转化为了加法运算

而对于这个加法，我们如果使用他们的原码进行运算的话

    int a = 1;
    //原码：00000000 00000000 00000000 00000001
    int b = -1;
    //原码：10000000 00000000 00000000 00000001
    int c = a + b;
    //a的原码：00000000 00000000 00000000 00000001
    //b的原码：10000000 00000000 00000000 00000001
    //原码相加：10000000 00000000 00000000 00000010 也就是-2，显然不可能

而补码正是弥补了这个缺陷

    //a的补码：00000000 00000000 00000000 00000001
    //b的补码：11111111 11111111 11111111 11111111
    //相加后：100000000 00000000 00000000 00000000 ---放入c中将被截断
    //c的补码：00000000 00000000 00000000 00000000 符号为为0，是一个正数
    //c的原码：00000000 00000000 00000000 00000000 为0

这样就可以实现正常的减法运算了

2.大端字节序与小端字节序

什么是大小端

我们在上面观察数据在内存的存储的时候，我们知道他们是按照补码的十六进制存储的，而且他们还会以字节为单位进行逆序存储，这是为什么呢？

这里先给出他们的概念

大端存储模式：是指将数据的低位保存在内存的高地址处，而数据的高位，保存在内存的低地址处

小端存储模式：是指将数据的低位保存在内存的低地址处，而数据的高位，保存在内存的高地址处

也就是说假如有一个数据0x11223344，在内存中他有多种存放方式，可以是按照顺序，可以是按照逆序，也可以是乱序，但是存的进来也得取的出来。我们发现，只有按照顺序存储和逆序存储才是最方便的两种方式，而乱序比较麻烦，所以我们不用他

 我们最终就保留了两种存储模式，大端字节序和小端字节序

而我们在前面说原码反码补码的时候，我们也注意到，我们当时的数据都是逆序存储的，可见我们此时的vs2022在x86环境下为小端存储模式

为什么要有大端小端

为什么会有大小端模式之分呢？这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8 bit。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。
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。

那么问题现在来了，如何设计一个程序去判断当前的系统是大端还是小端呢？

其实我们只需要考虑1就可以了，他在内存中是0x00 00 00 01，他在小端中是01 00 00 00，在大端中是00 00 00 01。我们只需要想办法取出第一个字节的数据即可，看他是否为1，如果为1，那就是小端，如果为0则为大端 ，而取出第一个字节的方法也很简单，就是使用char*的指针，因为他刚好只访问一个字节。

所以代码如下

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

运行结果为

3.一些经典的题目

（1）

//输出什么？
#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;
}

题目解析：

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -1;
    //-1的原码：10000000 00000000 00000000 00000001
    //-1的反码：11111111 11111111 11111111 11111110
    //-1的补码：11111111 11111111 11111111 11111111
    //char只有一个字节，会发生截断
    //a的补码为：11111111
    signed char b = -1;
    //-1的原码：10000000 00000000 00000000 00000001
    //-1的反码：11111111 11111111 11111111 11111110
    //-1的补码：11111111 11111111 11111111 11111111
    //char只有一个字节，会发生截断
    //b的补码为：11111111
    unsigned char c = -1;
    //-1的原码：10000000 00000000 00000000 00000001
    //-1的反码：11111111 11111111 11111111 11111110
    //-1的补码：11111111 11111111 11111111 11111111
    //unsigned char只有一个字节，会发生截断
    //c的补码为：11111111
    printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
    //a的补码为：11111111
    //按照%d打印出来，也就是按照整型打印出来，那么就会发生整型提升，a是有符号的会补符号位1
    //打印时a的补码为：11111111 11111111 11111111 11111111
    //打印时a的反码为：11111111 11111111 11111111 11111110
    //打印时a的原码为：10000000 00000000 00000000 00000001
    //所以最终打印出来a=-1
    
    //b的补码为：11111111
    //按照%d打印出来，也就是按照整型打印出来，那么就会发生整型提升，a是有符号的会补符号位1
    //打印时b的补码为：11111111 11111111 11111111 11111111
    //打印时b的反码为：11111111 11111111 11111111 11111110
    //打印时b的原码为：10000000 00000000 00000000 00000001
    //所以最终打印出来b=-1

    //c的补码为：11111111
    //按照%d打印出来，也就是按照整型打印出来，那么就会发生整型提升，c是无符号的直接补0
    //打印时c的补码为：00000000 00000000 00000000 11111111
    //由于c此时的符号为为0，为正数，原码反码补码三码统一
    //打印时c的原码为：00000000 00000000 00000000 11111111
    //所以最终打印出来b=255
    return 0;
}

 （2）

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

题目解析：

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    //-128的原码为：10000000 00000000 00000000 10000000
    //-128的反码为：11111111 11111111 11111111 01111111
    //-128的补码为：11111111 11111111 11111111 10000000
    //由于char是一个字节，要发生截断
    //a的补码为：10000000
    //a又要以无符号的形式进行打印，而在打印的过程中，a先要进行整型提升
    //a本身是一个有符号的，所以全部补1
    //打印时的a的补码为：11111111 11111111 11111111 10000000
    //此时我们希望a以无符号的形式打印，那么他这个补码其实就是一个正数，这个补码就是原码，直接打印即可
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}

（3）

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

题目解析

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    //128的原码为：00000000 00000000 00000000 10000000
    //128的补码为：00000000 00000000 00000000 10000000
    //存放到一个char类型，要发生截断
    //a的补码为：10000000
    //a又要以无符号的形式进行打印，而在打印的过程中，a是一个有符号的数，所以先发生整型提升，补符号位
    //a在打印时候的补码为：11111111 11111111 11111111 10000000
    //而a正好是以无符号的形式进行打印的，那么原码反码补码三码统一，直接打印即可
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}

 事实上，我们会发现（2）和（3）题的答案是一样的，这是为什么呢？其实，-128和128存储到char类型是一样的，因为char类型的范围是-128~127，unsigned char类型的范围是0~255。而如果我们画成图的话，那么就是下面的样子

 画一个圆来表示则是

也就是127+1=-128，所以打印出来的结果当然一样了

（4）

#include<stdio.h>
int main()
{
	int i = -20;
	unsigned int j = 10;
	printf("%d\n", i + j);
	return 0;
}

题目解析：

#include<stdio.h>
int main()
{
    int i = -20;
    //-20的原码为：10000000 00000000 00000000 00010100
    //-20的反码为：11111111 11111111 11111111 11101011
    //-20的补码为：11111111 11111111 11111111 11101100
    //i的类型是int刚好符合，所以不用发生整型提升
    unsigned int j = 10;
    //10的原码为：00000000 00000000 00000000 00001010
    //10是正数，三码统一，并且unsigned int类型也不需要发生整型提升，所以直接放入即可
    printf("%d\n", i + j);
    //i的补码为：11111111 11111111 11111111 11101100
    //j的补码为：00000000 00000000 00000000 00001010
    // 结果为：  11111111 11111111 11111111 11110110
    //由于j为unsigned int 类型，所以要发生算术转换，这个加起来的结果也是unsigned int类型
    //但是由于是以%d的形式进行打印的，所以还是要把这个数据看出有符号的数据来看待
    //所以最终打印的结果的补码为：11111111 11111111 11111111 11110110
    //所以最终打印的结果的反码为：11111111 11111111 11111111 11110101
    //所以最终打印的结果的原码为：10000000 00000000 00000000 00001010
    //也就是-10
    return 0;
}

（5）

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

对于这段代码，我们就比较容易看出来了，因为i是一个无符号的数，他永远不可能小于0，所以判断条件恒成立，结果为死循环

（6）

#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;
}

这段代码的目的就是为了找出\0字符，而我们也不难看出数组中存储的数据为：

a数组中存储的为 -1 -2 -3...........-128 127 ........2 1 0 -1 -2.........

所以结果为128+127=255

（7）

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

显然i是一个恒大于0且恒小于等于255的数，所以条件恒成立，所以为死循环

三、浮点型在内存中的存储

常见的浮点型有3.14   1E10(1*10^10)等

浮点型家族有float、double、long double

浮点型的定义在float.h中可以查看，整型在limits.h中可以查看

要了解浮点数在内存中的存储我们先预测一下这段代码的运行结果

#include<stdio.h>
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;
}

运行结果为，这显然与我们所猜测的大为不同

这是为什么呢？实际上，是因为浮点数在内存中的存储与整型在内存中的存储不是一套规则。当他以整型在内存中放好数据以后，又想依靠浮点数的规则拿出来这些数据当然结果有所区别了

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：        (-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。M是一个二进制数
2^E表示指数位。因为M是需要转换为2进制数的，所以2为底数。刚好可以挪动小数点

比如说一个浮点数5.5

他首先要转化为二进制数，结果为101.1

而他又可以写为(-1)^0 * 1.011 * 2^2

也即是S=0,M=1.011,E=2

也就是说，任何一个浮点数都可以对应出他的S、M、E

有了S、M、E我们就可以进行存储浮点数了

IEEE 754规定：
对于32位的浮点数，最高的1位是符号位s，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M

 对于64位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M

IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。
前面说过， 1≤M<2 ，也就是说，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的时候，只保存01，等到读取的时候，再把第一位的1加上去。这样做的目的，是节省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

然后，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
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（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:
0 01111110 00000000000000000000000

E全为0
这时，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。

E全为1
这时，如果有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位s）；

有了这些理解，我们在来看一个例子

    float a = 5.5;
    //5.5 ----->(-1)^0 * 1.011 * 2^2
    //也就是S=0,M=1.011，E=2
    //（需要注意的是存储S一位，E有八位，M有23位,并且E需要加127，M要省略第一个1）
    //所以存储为0 10000001  01100000000000000000000
    //也就是0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000
    //也就是40 b0 00 00

然后我们也回过头来看一下我们的9.0

    float a = 9.0;
    //9.0---->(-1)^0 * 1.001 * 2^3
    //S=0,M=1.001,E=3
    //所以存储为：0 10000010 00100000000000000000000
    //也就是0100 0001 0001 0000 0000 0000 0000 0000
    //也即是41 10 00 00

 

 我们在回过头来看我们一开始的代码，我们就会茅塞顿开了

#include<stdio.h>
int main()
{
    int n = 9;
    //n的原码、反码、补码：00000000 00000000 00000000 00001001
    //以浮点数的视角则为：0 00000000 00000000000000000001001
    //也就是S=0,E=-127,M=1.00000000000000000001001
    //近似为0了，由于精度问题，输出结果就是0了
    float* pFloat = (float*)&n;
    printf("n的值为：%d\n", n);
    printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);

    *pFloat = 9.0;
    //9.0---->(-1)^0 * 1.001 * 2^3
    //S=0,M=1.001,E=3
    //所以存储为：0 10000010 00100000000000000000000
    //也就是01000001000100000000000000000000
    //十进制刚好就是：1091567616
    printf("num的值为：%d\n", n);
    printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
    return 0;
}

 

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总结

本站主要讲解了数据的基本类型、原码反码补码、大小端、整型和浮点型在内存中的存储

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