金华市网站建设专业技能培训机构
今天我们深度剖析数据在内存中的存储：
重点知识：
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
之前我们涉及关于这一部分的知识只是大致的进行讲解，今天我们要把这个内容详细的讲解和总结。
1、数据类型介绍
在前面我们已经学习了基本的内置类型(内置类型就是语言自身定义的类型)：
char //字符数据类型
short //短整型
int //整形
long //长整形
long long //更长的整形
float //单精度浮点型
double //双精度浮点型
//C语言有没有字符串类型呢？
答案是：C语言没有字符串类型，但是可以用字符数组或字符指针来表示。
以及他们所占存储空间的大小(sizeof-操作符-计算操作数的类型长度-单位字节)。
类型的意义：
1、使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）
2、如何看待内存空间的视角（如：int的内存空间存放整形，float的内存空间存放单精度浮点数）
总结：类型是用来创建变量的，在我们创建变量的时候，我们要选择合适的类型，合理的利用内存空间。
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]
long long
unsigned long long [int]
[signed] long long [int]
讲解：
1、char为什么属于整形家族？
答案是：字符在存储的时候存储的是ASCII码值，ASCII码值是整数，所以在归类的时候，字符属于整形家族。
2、signed和unsigned的介绍：
（1）signed和unsigned是用来修饰整形家族类型的(注：不能修饰浮点类型，因为他们带有符号)。
（2）signed：有符号的，二进制最高位为符号位，其它位为数据位，正负数均可正常存放。(最高位为1表示负数，最高位为0表示正数)
（3）unsigned：无符号的，自身所有二进制位都是数据位，存放正数。(所以无符号数的最大值要比有符号的大约一半，因为有符号数的最高位被用来做符号位)
（4）默认的short、int、long、long long为有符号数。(上方[]表示里面的内容可以省略)
（5）char本身到底是signed char还是unsigned char取决于编译器的实现。（常见的编译器char==signed char）
浮点数家族：
float //单精度浮点型
double //双精度浮点型
注：字面浮点数默认为双精度浮点型，所以在定义单精度浮点型时要强制类型转换。
如：float data = 3.14f;
构造类型：（自定义类型）
数组类型 //因为数组大小和元素类型，是我们根据需求自己定义的，所以属于构造类型
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union
指针类型：
（1）对指针的理解：指针变量前的第一个*与变量结合表示它是指针，再往前面所有东西表示这个指针所指向对象的类型。
（2）指针类型的意义：指针是有类型的，指针的类型决定了指针+-整数的步长，指针解引用操作的时候的权限。
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。
图解：
2、整形在内存中的存储
以前我们知道一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。
那接下来我们谈谈数据在所开辟内存到底是如何存储的？
2.1 原码、反码、补码
计算机中的整数有3种二进制表示方法，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：
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。
对于整形数据来说：数据在内存中存储的是补码。
为什么是补码呢？
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。图示：
代码1：验证整形数值在内存中统一用补码存储
int main()
{int a = 1;int b = 1;int c = a - b;//c = 1 - 1//CPU只有加法器,所以转化成 1 + （-1）//如果我们使用原码来计算：//1的原码：00000000000000000000000000000001//-1的原码：10000000000000000000000000000001//1+（-1）的原码：10000000000000000000000000000010--->-2，err//我们使用补码计算：//1的补码：00000000000000000000000000000001//-1的补码：11111111111111111111111111111111//1+（-1）的补码：00000000000000000000000000000000--->0,turn//所以在计算机中对于整型数据：存放的是补码return 0;
}代码2：观察数据在内存中的存储
a和b确实在内存中存储的是补码，但是我们发现顺序有点不对劲（倒着存放的）。
这又是为什么？
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呢？
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。
分析： 大端字节序是把一个数据的低字节的内容存放在高地址处，高字节的内容存放在低地址处；小端字节与之相反。我们定义一个整形变量a赋值1(最简单)，取出它的第一位字节的内容，内容等于1则为小端，反之为大端。图示：
#include<stdio.h>
//自定义函数——返回整数1的第一个字节的内容
int check_sys()
{int a = 1;return *(char*)&a;//把a的类型强制转换为char*,再解引用得到a第一个字节的内容
}
int main()
{//调用函数int ret = check_sys();//判断结果是否为1.为1则为小端，反之为大端if (1 == ret){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return 0;
}运行结果：小端（VS2019是小端字节序存储）
2.3 练习
代码1：
#include <stdio.h>
int main()
{char a = -1;//-1是整数，32bit位//原码：10000000000000000000000000000001//反码：11111111111111111111111111111110//补码：11111111111111111111111111111111//因为a的类型是char(在VS2019默认为有符号的)，所以截断//a的补码：11111111signed char b = -1;//b和a一样unsigned char c = -1;//c的补码：11111111printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//%d是打印有符号的十进制整数（原码）//a和b的类型都为有符号的char,整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的//a和b提升:11111111111111111111111111111111// 取反：10000000000000000000000000000000// 原码：10000000000000000000000000000001 -->-1//c的类型是无符号的char,整形提升直接高位补0//c的提升：00000000000000000000000011111111 -->255return 0;
}代码2：
#include <stdio.h>int main()
{char a = -128;//a的补码：10000000printf("%u\n", a);//%u是打印无符号的十进制整数(无符号-所有位都是数值位)//a的类型是有符号的char，整形提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的//a提升：11111111111111111111111110000000 -->4294967168return 0;
}代码3：
#include <stdio.h>
int main()
{char a = 128;//128的补码：00000000000000000000000010000000//a是char--截断：10000000printf("%u\n", a);//%u是打印无符号十进制整数(无符号--32bit位均为数值位)//a的类型是有符号的char，整形提升是按照变量的数据类型符号位来提升//a提升：11111111111111111111111110000000 -- 4294967168return 0;
}char的取值范围：
代码4：
#include<stdio.h>int main()
{int i = -20;//-20的原码：10000000000000000000000000010100//-20的反码：11111111111111111111111111101011//-20的补码：11111111111111111111111111101100unsigned int j = 10;//10的补码：00000000000000000000000000001010printf("%d\n", i + j);//虽然i+j的类型是无符号的，但是最后格式化成为有符号整数//①i+j的补码：11111111111111111111111111110110//取反：10000000000000000000000000001001//+1: 10000000000000000000000000001010 -->-10return 0;
}
代码5：
#include<stdio.h>
#include<windows.h>int main()
{unsigned int i;for (i = 9; i >= 0; i--)//死循环，因为i是无符号类型的，它的最小取值都为0{printf("%u\n", i);Sleep(1000);//Sleep函数是实现睡眠，单位毫秒}return 0;
}
积累：当你使用无符号类型做循环变量时，一定要格外小心！
代码6：
#include<stdio.h>
#include<string.h>int main()
{char a[1000];int i;for (i = 0; i < 1000; i++){a[i] = -1 - i;//-1 -2 -3 …… -128 127 126 …… 2 1 0 -1 ……}//strlen是计算字符串的长度的，统计‘\0’(ASCII值0)之前的printf("%d", strlen(a));//128 + 127 = 255return 0;
}3、浮点数在内存中的存储
常见的浮点数：
3.141591E10 //1.0*10^10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 //整形的取值范围可以在“limits.h”中查看
3.1 一个例子
#include<stdio.h>int main()
{int n = 9;float* pFloat = (float*)&n;printf("n的值为：%d\n", n);//%d是打印有符号的十进制整数printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//%f是打印有符号的单精度浮点数*pFloat = 9.0;printf("num的值为：%d\n", n);//%d是打印有符号的十进制整数printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//%f是打印有符号的单精度浮点数return 0;
}运行结果是什么呢？
运行之后我们得到了很怪的结果，这是为什么呢？
答案是：整形和浮点型在内存中的存储方式是截然不同的，接下来我们来学习浮点型在内存中是怎么存储的。
3.2 浮点数存储规则
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。
V = (-1)^S * M * 2^E(-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，大于等于1，小于2。2^E表示指数位。
IEEE 754规定：
那S，M，E，是怎么存储的呢？
（1）S的存储：
IEEE 754对有效数字M和指数E，有一些特别的规定。
（2）M的存储：
（3）E的存储：
然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：
①E不全为0或不全为1（即有0也有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。
②E为全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。
③E为全1
此时，指数E全为1，表示无穷大（正负取决于符号位S）。
#include<stdio.h>int main()
{int n = 9;//9的补码：00000000000000000000000000001001float* pFloat = (float*)&n;printf("n的值为：%d\n", n);//%d是打印有符号的十进制整数//00000000000000000000000000001001 ---9printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//%f是打印有符号的单精度浮点数//0 00000000 00000000000000000001001//s = 0//m = 0.00000000000000000001001(e为全0，m不再加上1)//e = 1-127 = -126//v = (-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126 --->0.000000*pFloat = 9.0;//pfloat指向的是单精度浮点型的空间//1001.0// (-1)^0 * 1.0010 * 2^3//s = 0//m = 1.001//e = 3//9.0在内存中的存储：01000001000100000000000000000000printf("num的值为：%d\n", n);//%d是打印有符号的十进制整数//01000001000100000000000000000000 ---1091567616printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//%f是打印有符号的单精度浮点数//9.000000return 0;
}通过学习了数据在内存中的存储，我们对代码的理解层次更深。