1.數據類型介紹

C語言中的基本內置類型如下：

char        //字符數據類型
short       //短整型
int         //整型
long        //長整型
long long   //更長的整型
float       //單精度浮點數
double      //雙精度浮點數

類型的意義：

1.使用這個類型開辟內存空間的大?。ù笮Q定了使用范圍）。
2.如何看待內存空間的視角。

1.1 類型的基本歸類

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]

注意：char有些編譯器沒有規(guī)定是unsigned還是signed

浮點數家族：

float
double

構造類型：

> 數組類型
> 結構體類型 struct
> 枚舉類型 enum
> 聯(lián)合類型 union

指針類型：

int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;

空類型：

void 表示空類型（無類型）

通常應用于函數的返回類型、函數的參數、指針類型。

2.整型在內存中的存儲

整型在內存中的存儲通常采用二進制的表示方式。整型變量被分配一定的內存空間來存儲其值，這個內存空間的大小由整型的數據類型決定，例如int類型通常使用4個字節(jié)（32位）或者8個字節(jié)（64位）。

我們知道為int類型分配四個字節(jié)的空間。 那如何存儲？

2.1 原碼、反碼、補碼

在計算機中，原碼、反碼和補碼是用來表示有符號整數的不同編碼方式。

原碼： 原碼是最簡單的表示有符號整數的方式。在原碼中，整數的最高位（最左邊的位）用于表示符號，0表示正數，1表示負數，其余位用二進制表示整數的絕對值。例如，用8位表示一個有符號整數，-5的原碼為 10000101，+5的原碼為 00000101。

反碼： 反碼是將正數的原碼保持不變，負數的原碼按位取反得到的。即負數的反碼是將其原碼中的每一位取反（0變?yōu)?，1變?yōu)?）。例如，用8位表示一個有符號整數，-5的反碼為 11111010，+5的反碼為 00000101。

補碼： 補碼是計算機中最常用的表示有符號整數的方式。在補碼中，正數的補碼與原碼相同，而負數的補碼是其反碼加1。即負數的補碼是將其反碼中的每一位取反（0變?yōu)?，1變?yōu)?），然后再加1。例如，用8位表示一個有符號整數，-5的補碼為 11111011，+5的補碼為 00000101。

總結：

正數的原、反、補碼都相同。

負整數的三種表示方法各不相同。

原碼：直接將數值按照正負數的形式翻譯成二進制就可以得到原碼。

反碼：將原碼的符號位不變，其他位依次按位取反就可以得到反碼。

補碼：反碼+1就得到補碼。

對于整型來說：數據存放內存中其實存放的是補碼。

為什么呢？

為什么要使用補碼表示有符號整數？補碼的一個重要特點是，它使得整數的加法和減法可以通過相同的硬件電路來實現(xiàn)**（CPU只有加法器）**，簡化了計算機的設計。此外，補碼還解決了原碼和反碼的一個問題，即加法運算的進位問題。

舉例說明加法運算： 以用8位表示的補碼為例，考慮計算 +5（補碼：00000101） + (-3，補碼：11111101）。

00000101 (+5)

11111101 (-3)

00000010 (+2)

通過補碼的加法運算，我們得到了正確的結果+2。這里沒有出現(xiàn)進位問題，因為補碼表示方式使得減法可以用加法的規(guī)則來進行。

我們看看在內存中的存儲：

我們可以看到對于a和b分別存儲的是16進制的補碼。但是我們發(fā)現(xiàn)順序有點不對勁。

這又是為什么？答案是大小端問題

2.2 大小端

在計算機體系結構中，大小端問題涉及到多字節(jié)數據（例如整數、浮點數）在內存中存儲的順序。具體來說，大小端問題涉及到多字節(jié)數據的最低有效字節(jié)和最高有效字節(jié)在內存中的存放順序。

大端： 在大端存儲方式中，多字節(jié)數據的最高有效字節(jié)（高位字節(jié)）存儲在低地址處，而最低有效字節(jié)（低位字節(jié)）存儲在高地址處。

小端： 在小端存儲方式中，多字節(jié)數據的最低有效字節(jié)（低位字節(jié)）存儲在低地址處，而最高有效字節(jié)（高位字節(jié)）存儲在高地址處。這種方式正好與大端相反/

為什么有大端和小端：

歷史背景： 計算機體系結構的發(fā)展始于20世紀50年代和60年代，那時不同的計算機制造商開發(fā)出了各自的計算機系統(tǒng)。這些計算機系統(tǒng)在硬件設計上有很多不同之處，其中包括數據在內存中的存儲方式。最初，并沒有一個統(tǒng)一的標準來定義多字節(jié)數據的存儲順序，因此出現(xiàn)了不同的字節(jié)序方式。

硬件設計差異： 大小端的差異主要源于計算機中多字節(jié)數據的存儲方式。在計算機中，數據通常按字節(jié)存儲在內存中，而多字節(jié)數據（如整數、浮點數）由多個字節(jié)組成。問題在于，這些字節(jié)應該以什么順序存儲。

大端方式： 早期的一些計算機采用了大端方式，將多字節(jié)數據的最高有效字節(jié)存儲在低地址處，最低有效字節(jié)存儲在高地址處。這樣設計的計算機在處理多字節(jié)數據時，能夠按照與人們閱讀數字相同的順序進行操作，比較直觀。例如，16位整數0x1234在內存中存儲為 12 34。

小端方式： 隨著計算機技術的發(fā)展，有些計算機制造商采用了小端方式，將多字節(jié)數據的最低有效字節(jié)存儲在低地址處，最高有效字節(jié)存儲在高地址處。小端方式與大端方式相反，但同樣合理。小端方式在處理多字節(jié)數據時，能夠直接使用低地址來表示數據的低位部分，這樣設計有助于一些特定操作的實現(xiàn)。例如，16位整數0x1234在內存中存儲為 34 12。

VS中就是采用的小端方式存儲：

百度2015年系統(tǒng)工程師筆試題：

請簡述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設計一個小程序來判斷當前機器的字節(jié)序。（10分）

//代碼1
#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;
}

//代碼2
int check_sys() {
    union {
        int i;
        char c;
    } un;
    un.i = 1;
    return un.c;
}

2.3 練習

//練習1
int main() {
    char a = -1;// -1截斷后存儲在a中
    //1000000000000000000000000000001 - 原碼
    //1111111111111111111111111111110 - 反碼
    //1111111111111111111111111111111 - 補碼
    //11111111 - 截斷(從右往左截斷)
    //還原成原碼-1 取反得10000001 = -1
    signed char b = -1;
    //1111111111111111111111111111111 - 補碼
    //11111111 - 截斷后
    //還原成原碼-1 取反得10000001 = -1
    unsigned char c = -1;
    //其實一眼就能看出來 -1的補碼是11111111  無符號就是255  8位二進制最高的表示范圍
    //1111111111111111111111111111111 - 補碼
    //11111111
    printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//a=-1,b=-1,c=255
    //c因為是以%d打印，所以還會涉及整型提升
    //11111111
    //0000000000000000000000011111111 - 整型提升  無符號 補0后  為正數  補碼 原碼相同 直接計算
    //有符號整型提升補首位字符  無符號直接高位補0
    return 0;
}

//練習2
//%u是打印無符號整數，認為內存中存放的補碼對應的是一個無符號整數
int main(){
    char a = -128;
    //10000000000000000000000010000000
    //11111111111111111111111101111111
    //11111111111111111111111110000000 - 補碼
    //10000000 - 截斷
    //11111111111111111111111110000000  -  帶符號整型提升高位補符號位
    printf("%u\n", a);  //4294967168
    char b = 128;
    //00000000000000000000000010000000 - 正數 原 反 補 一樣
    //10000000 - 截斷
    //11111111111111111111111110000000 - 整型提升
    printf("%u\n", b);   //4294967168
    return 0;
}

//練習3
int main(){
    int i = -20;
    //10000000000000000000000000010100 - 原碼
    //11111111111111111111111111101011 - 反碼
    //11111111111111111111111111101100 - 補碼
    unsigned  int  j = 10;
    //00000000000000000000000000001010
    printf("%d\n", i + j);   //-10
    //11111111111111111111111111101100 - 補碼
    //00000000000000000000000000001010 - 補碼
    //11111111111111111111111111110110 - 補碼+補碼
    //10000000000000000000000000001001 - 取反后+1得到下面的
    //10000000000000000000000000001010 - -10
    return 0;
}

//練習4
int main(){
    unsigned int i;   //無符號整型 沒有負數
    for (i = 9; i >= 0; i--)   //無符號整數一定大于0 所以循環(huán)一直進行
    {
        printf("%u\n", i);   //死循環(huán)
    }
    return 0;
}

//練習5
int main(){
    char a[1000];  //范圍-128-127
    //0 -1 -2 -3 -4...-128 127 126....1 0   一個圓，一共255個值
    int i;
    for (i = 0; i < 1000; i++)
    {
        a[i] = -1 - i;
    }
    printf("%d", strlen(a));  //255
    return 0;
}

//練習6
unsigned char i = 0;  //0-255
int main(){
    for (i = 0; i <= 255; i++)   //255后i++之后i變成了0  char的值最大為255
    {
        printf("hello world\n");  //死循環(huán)
    }
    return 0;
}

3.浮點數在內存中的存儲

常見的浮點數：3.14159 1E10

浮點數家族包括： float、double、long double 類型。

浮點數表示的范圍：float.h中定義

整型類型的取值范圍：limits.h中定義

浮點數存儲的例子：

#include <stdio.h>
int main() {
    int n = 9;
    float *pFloat = (float *) &n;
    printf("n的值為：%d\n", n);
    printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
    *pFloat = 9.0;
    printf("num的值為：%d\n", n);
    printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
    return 0;
}

輸出結果：

n的值為：9
*pFloat的值為：0.000000
num的值為：1091567616
*pFloat的值為：9.000000

讓我們解釋每一步輸出的原因：

n的值為：9：這是正確的輸出，打印了變量n的值，它是整數9。

*pFloat的值為：0.000000：這里出現(xiàn)了問題。通過將pFloat指針解釋為float*，它嘗試將n的內存（整數類型的內存）解釋為浮點數。由于浮點數和整數的內部表示方式不同，以這種方式訪問n的值會導致不正確的浮點數值（通常是未初始化的值）。所以，打印出來的值是錯誤的。

num的值為：1091567616：這個輸出是由于前面的*pFloat = 9.0;操作，它將浮點數值9.0寫入了n的內存中，導致了n的值被修改為1091567616。這個值是浮點數9.0在內存中的二進制表示轉換成整數形式的結果。

*pFloat的值為：9.000000：在上一步中，我們將浮點數值9.0寫入了n的內存中，所以現(xiàn)在pFloat指向的內存被解釋為浮點數9.0。因此，打印出的結果是9.0。

3.1 浮點數存儲規(guī)則

根據國際標準IEEE（電氣和電子工程協(xié)會） 754，任意一個二進制浮點數V可以表示成下面的形式：

(-1) ^ S * M * 2 ^ E

(-1) ^ S表示符號位，當S = 0，V為正數；當S = 1，V為負數。

M表示有效數字，大于等于1，小于2。

2 ^ E表示指數位。

舉例來說：

十進制的5.0，寫成二進制是 101.0 ，相當于 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。

十進制的-5.0，寫成二進制是 -101.0 ，相當于 -1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2。

IEEE 754規(guī)定：

對于32位的浮點數，最高的1位是符號位s，接著的8位是指數E，剩下的23位為有效數字M。

對于64位的浮點數，最高的1位是符號位S，接著的11位是指數E，剩下的52位為有效數字M。

IEEE 754對有效數字M和指數E，還有一些特別規(guī)定。

前面說過， 1≤M<2 ，也就是說，M可以寫成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小數部分。

IEEE 754規(guī)定，在計算機內部保存M時，默認這個數的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的 xxxxxx部分。比如保存1.01的時候，只保存01，等到讀取的時候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節(jié)省1位有效數字。以32位浮點數為例，留給M只有23位， 將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數字。

至于指數E，情況就比較復雜。

首先，E為一個無符號整數（unsigned int）

這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0_{255；如果E為11位，它的取值范圍為0}2047。但是，我們 知道，科學計數法中的E是可以出現(xiàn)負數的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內存時E的真實值必須再加上一個中間數，對于8位的E，這個中間數 是127；對于11位的E，這個中間 數是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點數時，必須保存成10+127=137，即 10001001。

然后，指數E從內存中取出還可以再分成三種情況：

E不全為0或不全為1

這時，浮點數就采用下面的規(guī)則表示，即指數E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再將 有效數字M前加上第一位的1。

比如： 0.5（1/2）的二進制形式為0.1，由于規(guī)定正數部分必須為1，即將小數點右移1位，則為 1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為 01111110，而尾數1.0去掉整數部分為0，補齊0到23位00000000000000000000000，則其二進制表示形式為:

0 01111110 00000000000000000000000

E全為0

這時，浮點數的指數E等于1-127（或者1-1023）即為真實值， 有效數字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數。這樣做是為了表示±0，以及接近于0的很小的數字。

E全為1

這時，如果有效數字M全為0，表示±無窮大（正負取決于符號位s）

解釋前面的題目：

下面，讓我們回到一開始的問題：為什么 0x00000009 還原成浮點數，就成了 0.000000 ？

首先，將 0x00000009 拆分，得到第一位符號位s=0，后面8位的指數 E=00000000 ， 最后23位的有效數字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。

9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

由于指數E全為0，所以符合上一節(jié)的第二種情況。因此，浮點數V就寫成：

V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)

顯然，V是一個很小的接近于0的正數，所以用十進制小數表示就是0.000000。

再看例題的第二部分。 請問浮點數9.0，如何用二進制表示？還原成十進制又是多少？

首先，浮點數9.0等于二進制的1001.0，即1.001×2^3。

9.0 -> 1001.0 ->(-1)^01.0012^3 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130

那么，第一位的符號位s=0，有效數字M等于001后面再加20個0，湊滿23位，指數E等于3+127=130， 即10000010。

所以，寫成二進制形式，應該是s+E+M，即

0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

這個32位的二進制數，還原成十進制，正是1091567616 。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-600617.html

V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)

顯然，V是一個很小的接近于0的正數，所以用十進制小數表示就是0.000000。

再看例題的第二部分。 請問浮點數9.0，如何用二進制表示？還原成十進制又是多少？

首先，浮點數9.0等于二進制的1001.0，即1.001×2^3。

9.0 -> 1001.0 ->(-1)^01.0012^3 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130

那么，第一位的符號位s=0，有效數字M等于001后面再加20個0，湊滿23位，指數E等于3+127=130， 即10000010。

所以，寫成二進制形式，應該是s+E+M，即

0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

這個32位的二進制數，還原成十進制，正是1091567616 。

到了這里，關于＜C語言＞ 數據在內存中的存儲的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網！