C语言中的数据储存规则

写在开头

关于复习的相关内容其实从一开始就列出了大纲，但是迟迟没有开始复习，一方面是因为学校学业却是繁忙，另一方面还是内心对旧知识掌握不熟练需要再学一遍的畏惧和懒惰，但如今，复习必须开始了。今天我从C语言的最开始，数据存储开始讲起，慢慢回忆起尘封的往事---C语言。

C语言数据储存

数据类型的基本介绍

在C语言中，最基本的内置类型是必须要求掌握的。这也非常普遍的应用于我们的代码编写中。他们分别是

• 属于整型：

  • char (unsigned char & signed char)

  • short (unsigned short & signed short)

  • int (unsigned int & signed int)

  • long (unsigned long & signed long)

  • long long

• 属于浮点数

  • float

  • double

  • long double

• 属于构造类型

  • 数组类型

  • 结构体类型 struct

  • 枚举类型 enum

  • 联合类型 union

• 指针类型

• 空类型 (void) 通常用在函数的返回类型，函数参数，指针类型等。

整型在内存中的存储

在语言的层面，创建一个变量是在内存中开辟出空间，而开辟多少空间的依据是变量本身的类型。比如int 类型的变量在被分配空间时，会被分配4个字节，也就是32bit 位的空间。那么数据到底在所开辟出来的内存中是如何存储的呢？

原码、反码、补码

计算机中总共有三种对整数的二进制表示方法，分别是原码、反码、补码。

三种表示方法中，都有符号位和数值位两部分组成。符号位0为正，1为负。而数值位略微复杂，需要分为正数和负数两种情况，正数的原反补都相同，负数的三种表示方法均不同。下面介绍一下原码、反码和补码：

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：原码的符号位不变，其他位依次按位取反得到反码。

补码：反码+1得到补码。

对于整型数据，内存中存放的是补码。

因为：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 （在CPU中只有加法器，利用补码可以做到加减统一处理）；此外，补码和原码的相互转化，运算过程相同，不需要额外的硬件电路。

那我们可以尝试着算一下20 和 -10 在内存中的存储。

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但是如果我们在VScode中输入

 int main(){int a = 20;int b = -10;return 0;}

并且监视内存，可以发现a、b变量在内存中的显示分别为

 a : 0x14 00 00 00b : 0xf6 ff ff ff

它们在内存中显示的是0x前缀，代表是16进制，但是却与我们转化的恰好相反，这是因为大小端存储模式。

大小端模式

大端存储模式：数据的低位保存在内存的高地址中，数据的高位保存在内存的低地址中。

小端存储模式：数据的低位保存在内存的低地址中，数据的高位保存在内存的高地址中。

记忆方法：小->低->低，剩下相反。

为什么存在大小端模式之分：计算机系统以字节作为内存的单位，每个地址对应一个字节。对于位数大于8位 (bit) 的处理器，由于寄存器的宽度大于1字节，那么必然存在着多字节间排列的问题，因此导致了大端存储和小端存储。

常用机器一般采取小端模式。

 //判断当前机器字节序列int check_sys(){int i = 1;return (*(char*)&i);}int main(){int ret = cheack_sys();if(ret == 1){printf("小端");}else{printf("大端");}return 0;}

浮点数的存储

浮点数的表示范围在 float.h 中定义。

根据国际标准IEEE754，任何一个二进制浮点数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；S=1，V为负数// M代表有效数字，大于等于1，小于2。//所以M只可能写成1.xxxxxxx的形式，计算机会默认略去小数点前面的1，只会保存小数位，这样可以节省1为有效数字。// 2^E 表示指数位。E位一个无符号整数。但是科学计数法中指数位是可以出现负值的。所以IEEE754规定，存入内存时E的真实值必须加上中间数，32位浮点数，中间数位127，64位浮点数，中间数为1023.// 比如E = 10，保存成32位浮点数时，保存为10+127 = 137// 就是带符号位的二进制的科学计数法

IEEE 754规定：

32位的浮点数，最高位的1位是符号位S，紧接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M。

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

指数E可以细分为三种情况。

1. 二进制E不全为0或者不全为1

   浮点数采用下面规则表示，E的计算值减去中间数（127 或者 1023），得到真实值。M加上第一位的1，得到真实的有效数字。

   举例：

2. 二进制E全为0 （极限接近0的小数）

   浮点数的指数位E就等于 1 - 中间值，即为真实值。

   M不再加上1，而是还原为0.xxxxxx的小数，用于表示极限接近于0的很小的数字。

3. 二进制E全为1 （正负∞）

   正负取决于符号位

数据存储小节完。