深度剖析数据在内存中的存储

本篇文章我们来深度剖析数据在内存中的存储

1. 数据类型介绍

我们已经学习了基本的内置类型：

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 //C语言有没有字符串类型？

以及他们所占存储空间的大小。 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

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]

为什么表示字符的char类型也属于整形家族？ 解析：字符在内存中存储的是ASCII值，ASCII码值是整形，所以字符类型也归纳为整形

signed int 和unsigned int 区别： 1.signed int 表示有符号的整形 2.unsigned int 表示无符号的整形 例子：char 1个字节 8个bit 11111111 看第一个数字0 如果是signed类型 0表示正数 1表示负数 -127 如果是unsigned char类型 那么每一位都是有效位 就是255 3. signed char 类型取值范围为 -127--128 unsigned char 取值范围为0--255

浮点数家族：

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：

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。

2. 整形在内存中的存储

我们之前讲过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中到底是如何存储的？

比如：

int a = 20; int b = -10;

我们知道为 a 分配四个字节的空间。 那如何存储？ 下来了解下面的概念：

2.1 原码、反码、补码

首先我们要知道 数据是以二进制的形式存储在计算机中的，并且计算机能够处理二进制的数据。 计算机中的整数有三种2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”

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 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

例子：

由图就可见，内存中存储的反码，并且这是由小端存储

对于整形来说：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

2.2 大小端介绍

什么大端小端： 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。

例：

为什么会有大小端模式之分呢？ 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。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。

百度2015年系统工程师笔试题：设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

#include <stdio.h>
int check()
{
	int a = 1;
	//00000000 00000000 00000000 00000001
	// 0x00 00 00 01
	//
	return *(char*)(&a);
	//如果小端 1
	//大端 0
}
int main()
{
	int ret = check();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端");
	}
	else
	{
		printf("大端");
	}
}

3 练习

3.1

//输出什么？
#include <stdio.h>
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;
}

解析： char a和signed char b一样 // -1 //原码：10000000 00000000 00000000 00000001 //反码：111111111 111111111 111111111 111111110 //补码：111111111 111111111 111111111 111111111 但因为是char类型，只有8个bit，所以要截断 //11111111 //%d 是10进制的形式打印有符号的整数 char a和signed char b补1 // 补码：111111111 111111111 111111111 111111111 打印的是原码，所以char a和signed char b打印的是-1 而unsigned char c是无符号类型 它补0 //00000000 00000000 00000000 111111111 //整数的原/反/补码相同 所以unsigned char c是255

3.2

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

解析： char a=-128 // 原码：10000000 00000000 00000000 10000000 // 反码：11111111 11111111 11111111 01111111 // 补码：11111111 11111111 11111111 1000000 因为是char类型 所以 10000000 %u 是10进制的形式 打印无符号的整数 补0 //补码： 11111111 11111111 11111111 10000000 无符号数字原反补码相同

#include <stdio.h>
int main()
{
  char a = 128;
  printf("%u\n",a);
  return 0;
}

解析：跟上一题类似 char a=128 整数原反补相同 //原/反/补码： 00000000 00000000 00000000 10000000 得到的是10000000 %u打印的是10进制 无符号类型的整数 // 11111111 11111111 11111111 10000000

3.3

#include <stdio.h>
int main(){
int i= -20;
unsigned  int  j = 10;
printf("%d\n", i+j);
}

解析：int i=-20； 原码：10000000 00000000 00000000 00010100 反码：11111111 11111111 11111111 11101011 补码：11111111 11111111 11111111 11101100 unsigned int j=10 原/反/补：00000000 00000000 00000000 00001010 然后相加 11111111 11111111 11111111 11110110 反码：11111111 11111111 11111111 11110101 原码：10000000 00000000 00000000 00001010 所以才是-10

3.4

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

unsigned int 没有负数 取值范围是0--2^31

3.5

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

解析：同理跟上题一样 strlen 统计的是\0之前的出现的字符的个数 -1 -2 -3...128 127...3 2 1 \0 char范围-127--128

3.6

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

解析：死循环 unsigned char取值范围 0--255

总结：

本章节只是较复杂，覆盖的很全面，非常适合深入探究，一定要自己手敲代码，并且自己去感受，当成复习资料也是很不错的

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