【c语言】整数在内存中的储存（大小端字节序）

整数在内存中的储存（大小端字节序）

1.整数在内存中的储存
2.大小端字节序
3.整数在内存中储存例子
4.字节序判断
5.死循环现象

整数在内存中的储存

在学操作符的时候，我们就知道整数的2进制表示方法有3种，原码，反码，补码
对于有符号整型，这三种表示方法都由符号位和数值位组成，符号位，’0‘表示’正‘，’1‘表示’负‘。
最高位为符号位，其余的为数值位。

对于有符号整型

正整数原码，反码，补码相同
负整数：
原码：直接将数值按照正负形式翻译成二进制
反码：原码符号位不变，数值位取反
补码：反码加1

对于无符号数据

原码反码补码相同

对于整形数据来说：内存中存放的是数据的补码

因为补码可以对符号位和数值域统一处理，同样，加法减法也可以统一处理，补码与原码互相转换，他的运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路

大小端字节序

在学习大小端字节序之前我们先来梳理几个小知识

1.一个字节——>8个二进制位
一个16进制位——>4个二进制位
两个16进制位——>8个二进制位
2.在计算机系统中，内存被分为一个个字节单元，字节单元的编号==地址

下面给一个代码，试着调试看一看

int main()
{int a = 0x11223344;//这里给出一个整型a，用16进制给初始化一下return 0;
}

调试看结果

我们不难看出a中的0X11223344这个数字是按照字节为单位，倒着存放的，这是为什么呢？

这就不得不提到大小端了。

什么是大小端

当我们在内存储存超过一个字节的数据时，就存在储存顺序的问题，我们分为大端字节序储存和小端字节序储存

大端储存：

是指数据的低字节内容保存在高地址处，而数据得高字节内容保存在低地址处。

小端储存：

是指数据得低字节内容保存在低地址处，而数据的高地址内容保存在高地址处。

上边使用的VS2022，他是小端储存模式，所以按照小端的储存模式规则，他在内存中字节序是倒着储存的。

为什么会有大小端

存在大小端模式之分的原因是，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一个字节，一个字节为8个bit位，但在C语言中，除了8个bit位的char类型，还有16个bit的short型，32个bit的long型（看具体编译器了），此外，对于位数大于8的处理器，比如16位或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，这就导致了大端储存模式和小端储存模式。

比如，对于一个16个bit位的X,他在内存中的地址为0x0010,X的值是0x1122,那么0X11是高字节位，0X22是低字节位，在大端模式中，0x11应该放在低地址处，即0X0010，0X22应该放在高地址处，即0X0011中。小端模式，则恰好相反。

我们常用的X86结构是小端模式，而KEIL C51为大端模式。很多的ARM,DSP都是小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择大小端

整数在内存中储存例子

1.写一个程序来判断当前机器的字节序
分析一波
我们可以先创建一个整型变量，int a=1
这个数据在小端模式下储存的应该是

01 00 00 00

大端模式下储存的应该是

00 00 00 01，

因此想要判断当前机器是那种字节序，只需要拿出第一个字节比一比就行

如何把它取出来呢？

我们知道当我们对一个数据取地址时，得到的地址是较小的字节单元的地址，（这一点可以看一下博主的指针知识点总结，有讲到这里）而内存的储存是从低地址向高地址储存的，因此我们可以对a取地址就可以锁定到第一个字节，再将它强制类型转换成字符指针类型，然后解引用就可以得到第一个字节了
即

*（char *)&a;

由此，写出代码

int Check_c(int i)
{return *(char*)&i;
}
int main()
{int i = 5;int ret=Check_c(i);if (ret == 5)printf("小端\n");//如果当前的系统储存方式是小端，就能输出5，如果不是小端返回值就不会是5elseprintf("大端\n");return 0;
}

下面再通过几道题，再理解一下

2.

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;
}

再分析之前，先来复习一下整型提升的知识

对于有符号整数提升是按照变量的数据类型的符号位来提升
对于无符号整数提升，高位补0

分析一波
我们先写出-1的原码反码补码

-1
原码：10000000 00000000 00000000 00000001
反码：11111111 11111111 11111111 11111110
补码：11111111 111111111 11111111 1111111

又因为a,b,c均是char类型，这里截断一下，a,b,c都是
11111111

在输出的时候要以有符号整形输出，那么就要发生整型提升

对于a,他是有符号的char类型，高位补1，得到完整的补码，

11111111 11111111 11111111 11111111

对其补码取反加1，得到的原码为

10000000 00000000 00000000 00000001

输出仍为-1，而对于b,他也是有符号char类型，与a一样，输出-1

对于c,他是无符号类型，做完整型提升得到补码

00000000 00000000 00000000 11111111

同时这也是c的原码，输出255

看一下运行结果

3.

int main()
{char a = 128;char b = -128;printf("a=%u b=%u", a, b);return 0;
}

在分析之前，还是先来复习一下知识

char类型通常是一个8位的有符号整数，取值范围在-128~127
unsigned char 类型是8位的无符号整数，取值范围在0~255

这里我们分析a,b,他们的原反补码如下

-128
原码：10000000 00000000 00000000 10000000
反码：11111111 11111111 11111111 01111111
补码：11111111 11111111 11111111 10000000

a,b是char 类型，截断得到a,b是
10000000
对a,b整型提升后补码

11111111 11111111 11111111 10000000

因为输出的是无符号整型，a,b的原码反码补码一样，输出的是一个很大的数
看运行结果

在这里尽管a=128,已经超出char类型的取值范围，但并不影响，因为在char类型里边他总会把赋给它的值通过各种截断，让他在他的取值范围内
而我们看到在截断后，a,b的值是一样的，所以他整型提升后，结果也是一样的

4.

int main()
{unsigned char a = 200;unsigned char b = 100;unsigned char c = 0;c = a + b;printf(" % d % d", a + b, c);return 0;
}

先分别求出a,b的反码

a的反码：00000000 00000000 00000000 11001000
b的反码：00000000 00000000 00000000 01100100

那么在unsigned char的类型中

a:11001000
b:01100100
a+b:1 00101100
对他做整型提升高位补0
00000000 00000000 00000001 00101100（原码，反码，补码）——>对应的就是十进制的300

而c=a+b;,
虽然unsigned char 下的a+b仍为1 00101100，但c是char类型，要丢掉高位的1，c为 00101100，对其进行整型提升，高位补0，

00000000 00000000 00000000 00101100,对应十进制的44

字节序判断

1.

unsigned int a= 0x1234;
unsigned char b = *(unsigned char *)&a;

在32位大端模式处理器上变量b等于？
分析

对于a,a=0x00001234,前边的0被省略掉了，那么在大端模式下，他在内存中字节的储存顺序为

00 00 12 34

*(unsigned char *)&a;这个操作就是把低地址的字节00拿出来（在上边写个代码判断当前机器是大端小端的时候就已经介绍过了）

*(unsigned char *)&a;被赋值给b,b的值就是0x00

当以“%x"形式输出16进制时，0x,和前边的0都会被省略
如果想要输出0x,就以"%#x"形式输出
2.

//X86环境，小端字节序
int main()
{int arr[4] = { 1,2,3,4 };int* ptr1 = (int*)(&arr + 1);int* ptr2 = (int*)((int)arr + 1);printf("%x， %x", ptr1[-1], *ptr2);return 0;
}

在小端模式下，数组元素在内存中字节的储存顺序是

对ptr1

&arr+1,对整个数组取地址加1，跳过整个数组
ptr1[-1]=*(ptr1-1)

指向如图所示，04 00 00 00，那么对应的数据就是0x 00000004,0x,和前边的0省略掉，输出4

对于ptr2

arr指向的是arr首元素地址。假设arr=0x0000EF10,将他强制转换成整数类型，整数类型加1就是单纯加个1，（int)arr+1=)0x0000EF11,跳过一个地址（字节）跳到下一个字节，这时对ptr2解引用指向的是

00 00 00 02
对应的数据是0x 02 00 00 00,输出2000000

死循环现象

这里我们在学习一个知识

我们通过这个图片可以明白，在char类型中，他的取值范围是形成一个圆环一直在循环的，（其他类型也是如此）也就是说，比如我们给char a=500,很显然，他超出了char的取值范围，可是根据这个规律，当他截断后放在char类型里边的数就是500%256=244，对应的就是-12。
再例如unsigneg char b=400,也超出了unsigned char 的范围，根据这个规律，当他截断后放在unsigned char类型里的数是400%256=144，对应的就是144

运行的结果也是如此

学习过这个之后，就可以看几道题了
1.

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{char arr[1000];int u = 0;for (u = 0; u < 1000; u++){arr[u] = -1 - u;}printf("%d", strlen(arr));return 0;
}

分析一波
strlen计算数组元素的个数，并且必需要碰到‘\0’才能结束，
在上边代码中，初始化arr数组，如果不考虑arr的类型，他的初始化值是从-1到-999，可是他受到char类型的限制，char类型的取值范围在-128~127，这时候就要发生截断，总之char类型会想办法让初始化的值在他的取值范围内。那么arr的初始化值就会是

-1，-2，-3，…-127,-128,-129这时候-129已经超出char的范围，char想办法让他满足自己的范围，那么根据上边学习的规律-129放在char类型里就是127，

在接下来就是127，126，125…2,1,0,-128,-127.就这样循环下去
因为’\0’对应的ASCII码是0，所以strlen会计算’\0’之前的字符个数为128+127=255

2.

int main()
{unsigned int i = 0;for (i = 0; i <= 255; i++){printf("haha\n");}return 0;
}
int main()
{unsigned int j = 0;for (j = 12; j >= 0; j--){printf("hehe\n");}return 0;
}

这两段代码，无一例外他们的结果最后都是死循环。
分析
对第一个

unsigned int类型的取值范围0到255，在第一个循环中，i加到266时，超出unsigned int的范围，unsigned int将他转化成符合自己范围的数值即根据规律计算出是0，这样循环条件恒成立，就陷入了死循环

同理第二段代码

当j 减到0时，再减变为-1，不满足unsigned int的取值范围，unsigned int将他转化成符合自己范围的值，根据上边学习的内容计算出时255，循环条件恒成立，陷入死循环

作者有话说：作者只是一只小白，以上解释均是作者对已学知识的理解，巩固，复习。希望可以帮到大家，如有错误，感谢指出