C语言程序设计——数据在内存中的存储

一、数据类型介绍

1.基本内置类型

char         // 字符数据类型 1 B
short        // 短整型       2 B
int          // 整型         4 B
long         // 长整型       4 or 8 B
long long    //更长的整型    8 B
float        //单精度浮点型  4 B
double       //双精度浮点型  8 B

2.类型的基本归类

2.1 整型

char : //本质存储的是ASCII值，也是整型unsigned charsigned char
short :unsigned short [int]signed short [int]
int :unsigned intsigned int
long :unsigned long [int]signed long [int]
long long :unsigned long long [int]signed long long [int]

2.2 浮点型

float
double

2.3 构造类型（自定义类型）

数组类型    
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union

2.4 指针类型

int*
char*
float*
double*
void*
...

2.5 空类型void

（1）void 表示空类型（无类型）；

（2）void不能直接用于定义变量，因为大小不明确；

二、整型在内存中的存储

1. 原码、反码、补码

计算机中的整数有三种表示方式：原码、反码、补码。

三种表示方式均有符号位（最高位）和数值位两部分，符号位以0表示正，1表示负。

（1）正整数的表示方法

原反补相同。

（2）负整数的表示方法

原码：将数值按照正负数的形式翻译成对应的二进制；

反码：将原码原有符号位不变，其他位按位取反；

补码：反码+1；

2. 存储形式

在计算机系统中，数值一律采用补码来表示和存储。

使用补码的好处：

（1）可以将符号位和数值部分统一处理；

（2）cpu只有加法，使用补码可以将加法和减法统一处理；

（3）补码与原码相互转换，其运算过程是相同的（补码符号位不变，其他位按位取反，再+1，可以得到原码），不需要额外的硬件电路。

3. 大小端存储

3.1 什么是大小端？

大端存储：数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，存储在内存的低地址中。

小端存储：数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位，存储在内存的高地址中。

3.2 为什么会有大小端存储？

在计算机系统中，是以字节为单位，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。而对于位数大于8的处理器，比如32位、64位等，由于寄存器宽度大于一个字节，那么就必然存在如何将多个字节进行安排的问题，因此就产生了大端存储模式和小端存储模式。

3.3 编程判断本机大小端问题

（1）通过获取低地址判断

	int a = 1; //0x 00 00 00 01if (*(char*)&a == 1) {printf("小端存储！\n");}else {printf("大端存储！\n");}

通过两种存储方式的区别，获取a首地址读取第一个字节（低地址），如果结果是1则说明是小端存储，反之为大端存储。

（2）通过union特性判断

	union {int i;char ch;}un;un.i = 1;if (un.ch == 1) {printf("小端\n");}

三、浮点型在内存中的存储

1. 浮点数存储规则

根据国际标准IEEE 754，任意一个二进制浮点数V可以表示为下面的形式： (-1)^S * M * 2^E。

（1）(-1)^S表示符号位，当S=0，V为整数；S=1，V为负数；

（2）M表示有效数字，大于等于1，小于2；

（3）2^E表示指数位。

比如：5.0的二进制是101.0，相当于1.01 * 2^2，此时s=0，M=1.01，E=2。

（1）2位浮点数

IEEE 754规定，对于32位浮点数，最高位是符号位s，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M。

（2）64位浮点数

IEEE 754规定，对于64位浮点数，最高位是符号位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还存在一些特别的规定：

因为1<=M<2，所以M可以写成1.xxx的形式，所以在计算机内部保存M时，默认这个数字第一位总是1，因此可以被舍去，只保存后面xxx小数部分；在读取时，再把第一位的1加上去，这样就能节省1位有效数字。以32位浮点数为例，留给M只有23位，将M的1舍去后，就可以保存24位有效数字。

3. 浮点数的取出

首先指数E是一个无符号整数，也就是说若E为8位，它的取值范围为0-255；若E为11位，它的取值范围为0-2047。

但是我们都知道，科学计数法中E是可以取负数的，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，中间数是127；对于11位的E，中间数是1023。这样就能以正整数的形式来表示负数。

4. 浮点数的取出

4.1 E不全为0或不全为1

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1.

例如：

0.5的二进制形式为0.1，科学计数为1.0*2^(-)，其阶码为-1 + 127 = 126，存入为01111110，尾数1.0去掉1后为0，补零到23位，存入为00000000000000000000000，所以其二进制形式为：0 011111110 00000000000000000000000。取出同理反向计算即可。