【C语言】详解数据在内存中的存储

1. 整形在内存中的存储

1.1 原码、反码、补码

计算机能够处理的是二进制的数据，
整形和浮点型数据在内存中也都是以二进制的形式存储的。
整数2进制表示方法，即原、反、补码，三种均有符号位和数值位俩部分，符号位用0表示正，1表示负。
正的整数：原、反、补码相同。
负的整数：原、反、补码要进行计算。
注意：整数在内存中存储的是补码的二进制序列。

比如：-10

100000000 000000000 000000000 000001010（原码）
111111111 111111111 111111111 111110101（反码：取反）
111111111 111111111 111111111 111110110（补码：+1）

1.2 大小端介绍

• 大端字节存储：把一个数据的低位字节处的数据放在内存的高地址处
  ，高位字节处的数据放在内存的低地址处
  
• 小端字节存储：把一个数据的低位字节处的数据放在内存的低地址处
  ，高位字节处的数据放在内存的高地址处

查看我们当前vs编译器是大端存储还是小段存储：

1.3 设计一个程序来判断当前编译器的字节序：

#include 
int check_sys()
{
	int a = 1;
	return *(char*)&a;//a原本是int *，用(char*)强制类型转换
		//return *(char*)&a
	//等同于下面注释代码
	//char* p = (char*)&a;
	//if (*p == 1)
	//	return 1;
	//else
	//	return 0;
}

int main()
{
	if (1 == check_sys())
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");

	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

2. 有符号char和无符号char在内存中存储的区别

2.1 有符号char(signed char/char)

范围：-128 ~ 127
00000000 0
00000001 1
… 一直+1
011111111 127
从符号位为1开始为负，
10000000 -128
10000001 -127
…
111111110 -2
111111111 -1
然后回到+1回到0，1
00000001 1
00000010 2
…

2.2 无符号char(unsigned char)

范围：0 ~ 255
00000000 0
00000001 1
00000010 2
…一直+1
011111111 127
因为是无符号char，所以不需要考虑符号位
10000000 128
…
111111111 255
00000000 0
…

3. 浮点型在内存中的存储

3.1 浮点数存储规则

任何一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：(用x表示*乘)

V = (-1) ^ S x M x 2^E

• (-1) ^ S 表示符号位，当S=0，V位正数；当S= 1，V为负数。
• M表示有效数字，大于等于1，小于2。
• 2^E表示指数位。

例如：

10进制的：5.5
2进制的： 101.1

(-1)^0 x 1.011 x 2 ^2
S = 0
M = 1.011
E = 2

float型（32）：
IEEE 754规定：对于32位的浮点数，最高的1 位是符号位S，接着的8位是指数E，剩下的32位为有效数字M。

double型（64）：
对于64位，最高的1位是符号位，接着的 11 位是指数E，剩下的 52 位为有效数字M。

3.2 IEEE 754对有效数字M和指数E的规定

1、有效数字M：
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，因此可以舍去，只保存小数部分。比如保存1.0110001101时，只保存0110001101，后面的位数补0就可以了 ，等到读取的时候，再把第一位的1补上去。

2、指数E：
E为一个无符号整数（unsigned int）
a. 把E存入内存中去，它的真实值必须加上一个中间数，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32浮点数时，必须保存成10+127=137，即10001001，若是64浮点数，10+1023。

接下来，指数E从内存取出还可以再分为以下三种情况：

• E不全为0或不全为1（规格化值）
  这是最常见情况，取出内存中的数时，指数E的计算值减去127（64位下 - 1023），得到真实值，再将有效数字M前加上第一位的1。

• E全为0
  这时，浮点数的指数E等于1-127（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。

• 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），S=0，表示正无穷，S=1，表示为负无穷。