c-语言-＞数据在内存的存储

系列文章目录

文章目录

• 系列文章目录
• 前言

前言

目的：学习整数在内存的储存，什么是大小端，浮点数的储存。

1. 整数在内存中的存储

在讲解操作符的时候，我们就讲过了下⾯的内容：

整数的2进制表⽰⽅法有三种，即 原码、反码和补码。

正整数的原、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，补码也可以取反+1得到源码。

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”，⽽数值位最

⾼位的⼀位是被当做符号位，剩余的都是数值位。

数据存放内存中其实存放的是补码。
为什么呢？

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。

2. ⼤⼩端字节序和字节序判断

当我们了解了整数在内存中存储后，我们调试看⼀个细节：

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

调试一下，我们可以看到在a中的 0x11223344 这个数字是按照字节为单位，倒着存储的。

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：

1.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。

2.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。

 图片展示一下：

 2.2 为什么有⼤⼩端?

这是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8 bit 位，但是在C语⾔中除了8 bit 的 char 之外，还有16 bit 的
short
型，32 bit 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何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。

所以说vs是小端字节序环境。

那么如何利用程序判断是大端字节序还是小端字节序呢？

案例1：

//代码1
#include 
int check_sys()
{
     int i = 1;
     return (*(char *)&i);//下面分析：
}
int main()
{
     int ret = check_sys();
     if(ret == 1){
         printf("⼩端\n");
        }
     else{
         printf("⼤端\n");
     }
     return 0;
}

分析：

下面我们 来做一些有关数据的储存的练习：

案例1：

#include 
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;
}

输出结果：

我们来一个一个分析：

 b变量也是和a是一样的

 案例2：

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

char的范围-128~127，那这个案例输出结果为：

这是为什么呢？

分析如图：

在这里我们记住两图，记住就行：

signed char：

 unsigned char：

案例3：

#include 
int main()
{
     char a[1000];
     int i;
     for(i=0; i<1000; i++){
         a[i] = -1-i;
     }
     printf("%d",strlen(a));
     return 0;
}

在这里上面那幅图就很重要了，输出结果是：

字符串长度找到\0.也就是0

循环到255时在++，变成了0，所以是255.

案例4：

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

这个一看就是死循环，unsigned char的值范围0~255，所以会一直打印hello world。

案例5：

#include 
int main()
{
     unsigned int i;
     for(i = 9; i >= 0; i--)
     {
         printf("%u\n",i);
     }
     return 0;
}

输出结果：

也是死循环为什么？因为i = -1时，位无符号-1的无符号是一个很大的正数，所以死循环。

3. 浮点数在内存中的存储

常⻅的浮点数：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

根据国际标准IEEE（电⽓和电⼦⼯程协会） 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
∗ 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，M是⼤于等于1，⼩于2的

•
2^ 
E
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。

(1)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

(2)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

3.1浮点数存数的过程

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.

案例1：

#include
int main()
{
    float  a = 5.5f; 
    return 0；
}

那么浮点数是如何储存进储存的呢？

不妨看看详细分析：

3.2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。

来看一道练习案例1：

#include 
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("n的值为：%d\n",n);
     printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
     return 0;
}

输出结果：

这是为什么呢？来一个一个分析：

 所以不要把浮点数和正数打印错了。

好了，今天就到这里了，都看到这里了，点一个赞吧，谢谢观看。