（C语言）数据在内存中的存储宝宝级讲解(附图文讲解|超详细)

1、 整数在内存中的存储整数的二进制表示方法有三种即原码、反码和补码数据存放内存中其实存放的是二进制的补码。1.1 整数二进制的表示方法前文说了整数的二进制表示方法有原、反、补码三种对于正整数正整数的原、反、补码都相同就是该数的二进制表示方法对于负整数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得到的就是原码。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。下面是原、反、补码之间的转换关系举例下面我们写出-5的原、反、补码 原码10000000 00000000 00000000 00000101 反码11111111 11111111 11111111 11111010 补码11111111 11111111 11111111 11111011 - 存放在内存中的形式1.2 为什么对于整数来说数据存放内存中其实存放的是二进制的补码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、大小端字节序和字节序判断当我们了解了整数在内存中存储后我们调试看一个细节#includestdio.hintmain(){inta0x11223344;return0;}2.1 什么是大小端其实超过一个字节的数据在内存中存储的时候就有存储顺序的问题按照不同的存储顺序我们分为大端字节序存储和小端字节序存储下面是具体的概念**大端存储模式**是指数据的低位字节内容保存在内存的高地址处而数据的高位字节内容保存在内存的低地址处。**小端存储模式**是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处而数据的高位字节内容保存在内存的高地址处。2.2 为什么有大小端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8bit位但是在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ARMDSP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。2.3 判断当前机器的字节序#includestdio.hintcheck_sys(){inti1;return(*(char*)i);}intmain(){intretcheck_sys();if(ret)printf(小端\n);elseprintf(大端\n);return0;}3、浮点数在内存中的存储常见的浮点数3.14159、1E10等浮点数家族包括float、double、long double类型。浮点数表示的范围float.h中定义3.1 浮点数的存储根据国际标准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V (−1)S* M ∗ 2E(-1)S表示符号位当S0V为正数当S1V为负数M 表示有效数字M是大于等于1小于2的2E表示指数位举例来说十进制的5.0写成二进制是 101.0 相当于 1.01×22。那么按照上面V的格式可以得出S0M1.01E2。十进制的-5.0写成二进制是 -101.0 相当于 -1.01×22。那么S1M1.01E2。IEEE 754规定对于32位的浮点数(float)最高的1位存储符号位S接着的8位存储指数E剩下的23位存储有效数字M对于64位的浮点数(double)最高的1位存储符号位S接着的11位存储指数E剩下的52位存储有效数字M3.2 浮点数存的过程IEEE 754 对有效数字M和指数E还有一些特别规定。3.2.1 对于有效数字M前面说过 1≤M2 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。3.2.2 对于指数EE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10127137即10001001。3.3 浮点数取的过程指数E从内存中取出还可以再分成三种情况3.3.1 E不全为0或不全为1intmain(){floatf5.5f;//10进制的浮点数//二进制101.1 1.011 * 2^2// (-1)^0 * 1.011 * 2^2// S0 M1.011 E2127// 0100 0000 1011 0000 0000000000000000// 0x4 0 B 0 0 0 0 0// 40 B0 00 00在地址中的存放是00 00 B0 40return0;}3.3.2 E全为0浮点数的指数E1127或者11023即为真实值有效数字M不再加上第一位1而是还原为0.xxxxxxx的小数。这样做是为了无限接近于0。0 00000000 00100000000000000003.3.3 E全为1这时候如果有效数字M0表示无穷大-无穷小正负取决于符号为S0 11111111 00010000000000000003.4 练习#includestdio.hintmain(){intn9;float*p(float*)n;printf(*p的值为%f\n,*p);//*p的值为0.000000//00000000000000000000000000001001//0 00000000 00000000000000000001001//S E M//这种为E全为0的情况//S0//E-126//M0.00000000000000000001001//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^(-126)//这个结果无限接近于0*p9.0;printf(n的值为%d\n,n);//n的值为1091567616//以浮点数的形式存储9.0//9.0-----2进制1001.0// (-1)^0 * 1.001 * 2^3// S0 M1.001 E3127// 0 10000010 00100000000000000000000// S E Mreturn0;}