C语言——数据在内存中的存储_c 语言数据存储

一、C语言中常见的数据类型

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
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这些数据类型在使用时可以准确的告诉我们存放的是哪一种变量，以及使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围），如在进行解引用操作时，char只能改变一个字节的内容。而对于这些C语言内置的数据类型，我们又可以将它分为如下几类：

1.1 数据类型的基本归类

整型家族：

char
 unsigned char
 signed char
short
 unsigned short [int]
 signed short [int]
int
 unsigned int
 signed int
long
 unsigned long [int]
 signed long [int]
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有人可能会有疑惑，char类型为何会归类为整型，这是由于字符在存储的时候存储的是字符的ASCII码值，所以在归类时将char分为整型里面。
浮点数家族：

float
double
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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
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指针类型：

int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;
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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。
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二. 整型在内存中的存储

2.1原码、反码、补码知识回顾

我们知道一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。而空间的大小是根据不同的类型而决定的。
要了解整型在内存中的存储，我们就必须先了解原码、反码、补码的概念。所以我们先来回顾一下原码、反码、补码的概念。
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”，而数值位正数的原、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
而补码到原码的过程如下图：

而对于整型来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
例如：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 20;
	int b = -10;
	return 0;
}
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通过算术转换我们可以看出a,b两元素的内存中确实存放的是两个数字的补码，但是存放的顺序确与我们主观意识当中认为的不一致，这时我们就必须要了解一下大小端字节序的问题了。

2.2大小端字节序

2.2.1 何为大小端字节序

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。

2.2.2为什么会产生大小端字节序

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。
接下来让我们看一道经典的百度面试题：
请简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

//判断是大端还是小端
int check(int n)
{
	return *(char*)&n;//因为char只能读取一个字节的内容，所以取出n的地址后，将其进行强制转换
}
#include<stdio.h>
int main()
{
	int n = 1;
	int ret=check(n);
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else

		printf("大端\n");
	return 0;
}
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所以可以看出我的计算机为小端字节序存储方式。

2.2.3练习

①、练习一

//判断下列代码输出什么？
#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;
}
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代码运行结果如下：
解析过程：

大家也可以做一下接下来的一些练习题目，以此来检验自己的学习成果

2.
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}
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#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}
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三、浮点型在内存中的存储

3.1浮点数存储规则

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
(-1)^S表示符号位，当S=0，V为正数；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：
5.0的二进制为 101.0，相当于1.012^2.
那么它的s=0，M=1.01,E=2.
-5.0的二进制为-101.0，相当于1.012^2.
S=1,M=1.01,E=2.
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23位为有效数字M。

对于64位的浮点数，最高的1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，还有一些特别规定。
前面说过， 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。
至于指数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。
然后，指数E从内存中取出还可以再分 三种情况：
①、E不全为0或不全为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。
比如：
0.5（1/2）的二进制形式为0.1，由于规定正数部分必须为1，即将小数点右移1位，则为1.0*2^(-1)，其阶码为-1+127=126，表示为
01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000，则其二进制表示形式为:

0 01111110 00000000000000000000000
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②、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。
③、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）；