深度剖析数据在内存中的存储（上）

news2025/1/16 17:41:35

1. 数据类型介绍

1.1 类型的基本归类

2. 整形在内存中的存储

2.1 原码、反码、补码

2.2 大小端介绍

2.3 一道小题

本章重点

1. 数据类型详细介绍

2. 整形在内存中的存储：原码、反码、补码

3. 大小端字节序介绍及判断

4. 浮点型在内存中的存储解析

正文开始

1. 数据类型介绍

我们已经学习过数据的基本内置类型：

char //字符数据类型

short //短整型

int //整形

long //长整型

long long //更长的整形

float //单精度浮点数

double //双精度浮点数

C语言有没有字符串类型？

答案是没有。字符串是一种非常重要的数据类型，但是C语言不存在显式的字符串类型，C语言中的字符串都以字符串常量的形式出现或存储在字符数组中。同时，C 语言提供了一系列库函数来对操作字符串，这些库函数都包含在头文件 string.h 中。

那究竟什么是字符串变量呢？

C 语言虽然没有字符串类型，但是 C语言提是存在字符串这个概念的，也就是字符串常量：以 NUL 字节结尾的 0 个或多个字符组成的序列。字符串常量是不可被修改的，一般用一对双引号(" ")括起的一串字符来表示字符串常量，如：

"hello world"，"sun wu kong",""等。

字符串常量可以为空，如""就是一个空的字符串常量，但是即使为空，还是存在一个终止符 NUL 的。（在 C 语言中，常用转义字符 \0 来表示 NUL）

1.1 类型的基本归类

整形家族:

char

unsigned char signed char

short

unsigned short [int] signed short [int]

int

unsigned int signed int

long

unsigned long [int] signed long [int]

这么一看和单词书一样，我知道大家急，但是仙布急！

所有的整形都是有规律的，基本都分为signed和unsigned两种。

两种类型的区别，在下文将会讲解。

浮点数家族：

float

double

构造类型：

> 数组类型

> 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

2. 整形在内存中的存储

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

接下来我们就来谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的

比如：

int a = 20;

int b = -10;

我们知道为 a 分配四个字节的空间。

那如何存储？ 下来了解下面的概念：

2.1 原码、反码、补码

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”，而数值位正数的原、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。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么呢？

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。

我们看看在内存中的存储：

我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。

这是又为什么？

2.2 大小端介绍

什么是大端小端：

大端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；

小端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位,，保存在内存的高地址中。

为什么有大端和小端：

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。

百度2015年系统工程师笔试题：

请简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

大端字节序和小端字节序的概念上面已经给出，下面是判断字节序的代码。


#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;
}

如图，若取出的第一个的数据为 1，则是小端模式，是 0，则是大端模式。