C语言----数据在内存中的存储

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前言

下面给大家介绍一下数据在内存中的存储，这个是一个了解c语言内部的知识点，大家可以借此机会，修炼“内功”

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1.整数在内存中的存储

首先在讲解操作符是时候，给大家讲解过：
整数的存储3种形式：原码、反码和补码
有符号的整数，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”，最高位的一位是被当做符号位，剩余的都是数值位。
正整数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表达方式各不相同。
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。
具体的示例，请前往《操作符—关于二进制的操作符》查看

2.大小端字节序和字节序判断

下面便是一个新的知识点，大小端存储问题；
引子：
大家在VS2022，调试一下下面的代码，并且打开内存窗口

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

我们发现，0x11223344是倒着存放的，这就是我们所说的大小端问题。

2.1 什么是大小端？

其实超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候，就有存储顺序的问题，按照不同的存储顺序，我们分为大端字节序存储和小端字节序存储，下面是具体的概念：
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。
上述概念需要记住，方便分辨大小端。

所以vs2022的存储方式是小段存储

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2.2 练习

练习1：
设计⼀个小程序来判断当前机器的字节序。

#include<stdio.h>
int test()
{int a = 1;return ((*(char*)&a));
}
int main()
{int ret = test();if (ret == 1)printf("小段存储\n");else printf("大段存储\n");return 0;
}

练习2：

#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;
}

练习3：

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

练习4：

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

与上面方法类似，这里不再过多阐述。
练习5：

#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;
}

练习5：

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

最后一个练习

#include <stdio.h>
//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);printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);return 0;
}

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3.浮点数在内存中的存储

3.1.引子

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

#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;
}

输出什么？

3.2.浮点数的存储

上⾯的代码中， num 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？
要理解这个结果，⼀定要搞懂浮点数在计算机内部的表⽰⽅法。
根据国际标准IEEE（电子和电子工程协会） 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 ∗ 2E
• (−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
• 2E 表示指数位
举例来说：
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。
IEEE 754规定：
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

注：借用一下比特就业课的照片
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。

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
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
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。

0 00000000 00100000000000000000000

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）；

0 11111111 00010000000000000000000

好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里。

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完