【C语言】内存中的数据存储方式-CFANZ编程社区

一.数据类型介绍

1.C语言的数据类型

1.整型家族

char unsigned char 无符号数

signed char 有符号数

short unsigned short [int]无符号数

signed short [int]有符号数

int ......

long ......

long long ......

整型家族中的类型都分为无符号类型和有符号类型，无符号类型的数不分正负，有符号类型分正负。在编译器中如果不加unsigned，默认使用的是有符号类型。

首先有人会疑惑为什么字符类型char会归入整型家族，这是因为字符类型在内存中存放的是它的

ASCII码值，例如A在内存中如果以十进制位存放的话就是65，如果想要了解相关内容可以查ASCII表。

2.浮点型家族

float 单精度浮点型

double 双精度浮点型

两者的精度不同，例如在vs中folat可以精确显示小数点后6位，而double可以精确显示小数点后9位。此处我们不做过多讲解，在文章的后半部分我们会着重分析浮点型在内存中的存储。

3.构造类型：自定义类型

数组类型 char arr[5],char arr[6],int arr[6]

结构体类型 struct

枚举类型 enum

联合类型 union

4.指针类型

int *p,char *p,float *p, void *p

指针的内容我在此不过多讲述，下一篇博客我会详细讲解指针的内容。

5.空类型

void 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

2.类型的意义

1.类型决定了我们，使用这个类型开辟内存空间的大小。

2.类型决定了我们如何看待开辟出的内存的视角。这句话我们描述的比较抽象，结合后面我们对类型的介绍你可能会更好理解。

二、整形在内存中的存储方式

1.原码、反码、补码

1.什么是原码、反码、补码。

原码即一个整形的二进制形式，其中最高位为符号位，正数为0，负数为1

例如int a= 1,int类型是四个字节，也就是32个比特位。那么a的

原码：00000000 00000000 00000000 00000001

反码：00000000 00000000 00000000 00000001

补码：00000000 00000000 00000000 00000001

正数的原码、反码、补码都相同

而负数的反码为符号位不变其它位按位取反所得，补码则是反码加1所得

例如int a=-1

原码：10000000 00000000 00000000 00000001

补码：11111111 11111111 11111111 11111110（符号位不变，原码按位取反）

补码：11111111 11111111 11111111 11111111（补码加1）

三种表示方法都有数值位和符号位之分

在cpu的运算中只有加法器，如果计算1-1实际是通过1+（-1）实现的

而在内存中存放和计算使用的都是补码，而我们看到的都是原码。

2.大端存储和小端存储的概念

1.什么是大端存储，小端存储

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。

一个数值如果超过了一个字节存储到内存中就会存在顺序问题

我们以一个以int a=0x11223344(16进制的一种表示方法，因为一个比特位是8个字节的二进制位最大存储为253，所以两个16进制位可以存放到一个字节中)为例当我们创建了这样一个数之后，会在栈区开辟一块空间，而在这个空间的地址中由低到高是怎样存放的呢

【C语言】内存中的数据存储方式_数据

以上面这段代码为例

我们可以看到a在内存中的存放是将低位的数据放在低地址处，而高位的数据放在高地址处，这中存储方式叫做小端存储

而将低位数据放在高地址处就叫做大端存储

下面我们画一个图来帮助大家更好的理解大端存储和小端存储

【C语言】内存中的数据存储方式_数据_02

三、浮点型在内存中的存储

1.常见的浮点数

3.14159

1e10：实际上就是1.0x10^10

浮点数家族包括：float,double,long double类型

浮点数的范围：float.h中定义

2.浮点数的存储

我们先来看一段代码


#include <stdio.h>
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("num的值为：%d\n", n);
  printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
  return 0;
}

【C语言】内存中的数据存储方式_补码_03

这个结果可能与部分同学想到的不同，那么为什么会出现这种结果我们下面来解释一下。

首先我们要了解一下浮点数是如何在内存中储存的

1.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:

（-1）^S*M*2^E这种形式

其中M，S，E都是什么我们以一个实例来理解一下

例如5.5，如果我们把它表示成2进制形式为101.1，就是把5和0.5分别换为二进制形式。这里我们多讲一点，如果0.3等数如果想要换成二进制形式的话只能得到一个无限趋近的数，这也是浮点数在内存中会丢失精度的原因。

而我们把101.1换为科学计数法的话就是1.011x2^2(在十进制中我们把1000写成1.0x10^3，如果是二进制的1000的话就写成1.0x2^3)

S就是符号位，如果符号位为0（-1）^0为正数，1的话就是负数。

M就是1.011，E为2

我们把两个数放在一起可以很清晰的看出（-1）^S*M*2^E

（-1）^0*1.011*2^2

而在内存中存放的就是S，M，E这几个数

IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

1. 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。

2.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。

而对于E既然我们在存入时给他加了一些数，那么在取出时就需要一定的规则让它变回原样。

这里我们又可以分为3种情况

1.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。

2.E全为1

这时，如果有效数字M全为0，表示±无穷大

3.不全为0也不全为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。

到这里我们已经将浮点数在内存中的存储规则讲解完了

回到开头那道题

9放入32位之中是这种情况

0 00000000 000000000000000000001001