【C语言】全面解析数据在内存中的存储

痛定思痛。 2023-09-27 12:11 102阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  类型的基本分类
 *   *  整型
     *  浮点数
     *  自定义类型
 *  整型在内存中的存储
 *   *  原码、反码、补码
     *  大端和小端
     *  如何判断编译器是大端还是小端
 *  浮点数在内存中的存储
 *  总结

## 前言 ##

C语言中有**char、short、int、long、long long、float和doubole**这些数据类型。这些数据类型也叫**内置类型**。  
所占存储空间的大小：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数据类型</th> 
   <th>所占存储空间的大小</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>char</td> 
   <td>1个字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int</td> 
   <td>4个字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>short</td> 
   <td>4个字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long</td> 
   <td>4个字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long long</td> 
   <td>32位平台下占4个字节 ，64位平台下占8个字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float</td> 
   <td>4个字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>double</td> 
   <td>8个字节</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 类型的基本分类 ##

### 整型 ###

**整型一共有char、int、short、long和long long这五种类型**。  
char类型的数据在内存中存放的是ASCII码值，是整型，所以也被当成整型。  
这些整型都分为有符号的整型和无符号的整型，具体可以看下面：

int a = 5;
    	signed int b;//有符号的整型
    	unsigned int c;//无符号的整型

**signed是有符号的，unsigned是无符号的。**  
平时我们定义变量时，一般都不会加前面，只是int 变量名 = 数据，其实这就相当于signed int 变量名 = 数据。  
 注意 \\color\{\#FF0000\}\{注意\} 注意 ：但是**char**这个类型比较特殊，在C语言的标准中，没有定义char到底是有符号的还是无符号的，**取决于编译器**。  
关于无符号和无符号：  
前面我们说到了int类型在内存中占4个字节，1个字节就是8个bit。

> 比特位即bit，是计算机最小的存储单位。以0或1来表示比特位的值(二进制表示)。

![在这里插入图片描述][db5caddc95e645cd9f4b870779e4d05f.png]

10的二进制序列就如图所示，其中第一位是符号位，0代表正数，1代表负数

### 浮点数 ###

浮点数有float和double，一般用来表示小数。  
float的表示精度低，存储数值范围较小。  
double的表示精度高，存储数值范围较大。

### 自定义类型 ###

自定义类型有**数组类型、结构体类型、枚举、联合体、指针类型和空类型(void)**。在这就不一一详细讲了。

## 整型在内存中的存储 ##

在了解整型在内存中的存储前，先了解一个计算机的原码、反码、补码。

### 原码、反码、补码 ###

数值表示形式有：二进制、八进制、十进制和十六进制。  
整数的二进制也有三种表达形式：原码、反码、补码。  
整数中：  
**正数的原码反码补码相同  
负数的原码反码补码是需要计算的**

> 原码：整数的二进制序列（注意符号位）  
> 反码：**符号位不变**，其它位按位取反就是反码（0变1，1变0）  
> 补码：反码加1就是补码

> **整型在内存中存放的是补码**

接下来来验证内存中存放的是补码：  
![在这里插入图片描述][fdc96a6430de45d990cd0cb9fbb93f60.png]  
我定义了一个a变量，值为-10. 原码反码和补码也给大家了，因为正整数的原码、反码和补码相同，所以不用正整数验证。接下来让我们来用编译器来调试并监视来观察内存，来看看整型在内存中是如何存储的。  
![在这里插入图片描述][f5f8293bebcf4702a953a97a397ec9d0.png]  
看上图，虽然这里面看到的是十六进制，但不要认为是以十六进制存储的，但本质存的还是二进制序列。由此我们可以得出内存中存放的是补码。

### 大端和小端 ###

我们看到上图a的地址和我们写的十六进制序列是反着的，为什么？这就是大小端的问题了。

> 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。

### 如何判断编译器是大端还是小端 ###

int main()
    {
        
    	int a = 1;
    	if(*(char*)&a == 1)
    	{
        
    		printf("小端")
    	}
    	else
    	{
        
    		printf("大端")
    	}
    }

如果是小端存储存储的顺序应该是01 00 00 00 大端的话是00 00 00 01  
我们对a进行取地址，然后强转成char类型的指针然后再进行解引用，因为强制类型转换了，所以只能访问1个字节的地址，如果得到的1就是小端，0就是大端。

## 浮点数在内存中的存储 ##

> 根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会）754，一个浮点数 (Value) 的表示其实可以这样表示：  
> ![在这里插入图片描述][5fb7ce7d1f1d4e3aae346755cb8198be.png]  
> 也就是浮点数的实际值，等于符号位（sign bit）乘以指数偏移值(exponent bias)再乘以分数值(fraction)。

简单来说就是对于浮点数在内存中的存储，无论是float（32位浮点数）还是double（64）位浮点数(S)，都有符号位(Exp)，指数位和有效数字位(Fraction)。  
![在这里插入图片描述][5f88b86421e746828738824afbc10ed3.png]  
对于float这种32位浮点数来说，指数位占8个bite位，有效数字位占23个bite位  
对于double这种64位浮点数来说，指数位占11个bite位，有效数字位占52个bite位  
符号位都是占1个bite位。  
其中因为浮点数的小数部分，用二进制中难以存储，就会存在精度不准的问题。

> 单精和双精浮点数的有效数字分别是有存储的23和52个位，加上最左手边没有存储的第1个位，即是24和53个位。  
> ![在这里插入图片描述][d01ab0fcc80c4873844f3d8e217c7131.png]  
> 由以上的计算，单精和双精浮点数可以保证7位和15位十进制有效数字。

## 总结 ##

对于数据在内存中的存储，大家还是要重点掌握原码、反码和补码的，要会计算，然后是浮点数的存储方式，可以把它当成一个拓展知识来了解，拓展一下眼界，如果真要熟练掌握浮点数的存储规则是要研究很多东西的，大家感兴趣也可以去看一下国际标准IEEE754。

[db5caddc95e645cd9f4b870779e4d05f.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/db5caddc95e645cd9f4b870779e4d05f.png
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