深度剖析数据在内存中的存储

数据类型介绍

C语言基本的内置类型：

char //字符数据类型
short //短整型
int //整形
long //长整型
long long //更长的整形
float //单精度浮点数
double //双精度浮点数

类型的意义：

使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
如何看待内存空间的视角

类型的归类：

整型

char
	unsigned char
	signed char
short
	unsigned short [int]
	signed short [int]
int
	unsigned int
	signed int
long
	unsigned long [int]
	signed long [int]

浮点型

float
double

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 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

整形在内存中的存储

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。

原码、反码、补码

计算机中的符号数有三种表示方法，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，三种表示方法各不相同。

原码

直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。

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了。

补码

反码+1就得到补码。正数的原、反、补码都相同

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码

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。

例：

可以看到对于a和b分别存储的是补码

大小端介绍

什么是大端，什么是小端？

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？

因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者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果将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。例如一个16bit的short型x，在内存中的地址为0x0010，x的值为0x1122，那么0x11为高字节，0x22为低字节。对于大端模式，就将0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式，刚好相反。我们常用的X86结构是小端模式，而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

往年面试真题

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

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int system_duan()
{
	int i = 1;
	return (*(char*)&i);
}
int main()
{
	int ret = system_duan();
	if (ret == 1)
		printf("小端机");
	else
	{
		printf("大端机");
	}
	system("pause");
	return 0;
}

浮点型在内存中的存储

常见的浮点数：

3.14159 1E10 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

浮点数存储的例子：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{

	int n = 9;
	float *pFloat = (float *)&n;
	printf("n的值为：%dn", n);
	printf("*pFloat的值为：%fn", *pFloat);
	*pFloat = 9.0;
	printf("n的值为：%dn", n);
	printf("*pFloat的值为：%fn", *pFloat);
	system("pause");
	return 0;
}

详细解读： 根据国际标准IEEE754，任意一个二进制浮点数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；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。

举例： 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位是符号位s，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M

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

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0255；如果E为11位，它的取值范围为02047。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。

然后，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（1/2）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=126，表示为01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000，则其二进制表示形式为:

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。

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）；

好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里。 解释前面的题目： 下面，让我们回到一开始的问题：为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 ？首先，将0x00000009 拆分，得到第一位符号位s=0，后面8位的指数 E=00000000 ，最后23位的有效数字M=000 00000000 0000 0000 1001。

9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

由于指数E全为0，所以符合上一节的第二种情况。因此，浮点数V就写成： V=(-1)^0 ×0.00000000000000000001001×2(-126)=1.001×2(-146) 显然，V是一个很小的接近于0的正数，所以用十进制小数表示就是0.000000。再看例题的第二部分。请问浮点数9.0，如何用二进制表示？还原成十进制又是多少？首先，浮点数9.0等于二进制的1001.0，即1.001×2^3。

9.0 -> 1001.0 ->(-1)01.00123 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130 0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

那么，第一位的符号位s=0，有效数字M等于001后面再加20个0，凑满23位，指数E等于3+127=130，即10000010。所以，写成二进制形式，应该是s+E+M，即

0 01111110 00000000000000000000000

这个32位的二进制数，还原成十进制，正是 1091567616 。