数据在内存中的存储

一、整数在内存中的存储

对于整型来说，数据存放内存中其实存放的是补码。

二、大小端字节序和字节序判断

1.大小端

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，分为大端字节序存储和小端字节序存储：
eg:0x11223344

• 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。11 22 33 44
• 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。44 33 22 11

2.练习

1.设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

//代码1
#include<stdio.h>
int check_sys()
{
	int i=1;
	return (*(char*)&i);
	//先取出1在内存中的存储，强转为char*可解引用取出第一个字节
}

int main()
{
	int ret = check_sys();
	if(ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

//代码2
int check_sys()
{
	union
	{
		int i;
		char c;
	}un;
	un.i = 1;
	return un.c;
}
//union允许i和c共享同一块内存，c访问的是i的最低字节

int main()
{
	char a = -1;
	//10000000000000000000000000000001
	//11111111111111111111111111111110
	//11111111111111111111111111111111
	//char1字节：11111111
	//char默认signed，升int以符号位补齐
	//11111111111111111111111111111111
	signed char b = -1;//同char
	unsigned char c = -1;
	//11111111
	//unsigned升int以0补齐
	//00000000000000000000000011111111
	printf("a=%d,b=%d,c=%d,a,b,c);
	return 0;
}

输出结果：a=-1,b=-1,c=255
3.

//3.1
int main()
{
	char a = -128;
	//10000000000000000000000010000000
	//11111111111111111111111101111111
	//11111111111111111111111110000000
	//10000000
	//char整型提升：
	//11111111111111111111111110000000
	printf("%u\n",a);//4294967168
	return 0;
}
//3.2
int main()
{
	char a = 128;
	//00000000000000000000000010000000
	//10000000
	//可得到与上题相同结果
	printf("%u\n",a);
	return 0;
}

int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for(i=0;i<1000;i++)
	{
		a[i] = -1-i;
		//-1,-2,-3...-128,127，126...1,0
	}
	printf("%d",strlen(a));//\0的ASCII码是0，所以strlen到0结束，255
	return 0;
}

由图可得，-1后-128的下一个数是127。
5.

//5.1
unsigned char i = 0;//无符号char类型范围0~255
int main()
{
	for(i=0;i<=255;i++)//条件恒成立，死循环打印下面字符串
	{
		printf("hello world\n");
	}
	return 0;
}
//5.2
int main()
{
	unsigned int i;//无符号整型
	for(i=9;i>=0;i--)//同样死循环
	{
		printf("%u\n",i);
	}
	return 0;
}

//x86环境 小端字节序
int main()
{
	int a[4] = {1,2,3,4};
	int *ptr1 = (int *)(&a+1);//4
	int *ptr2 = (int *)((int)a+1);
	printf("%x,%x,ptr1[-1],*ptr2);
	return 0;
}

这里a是指数组首元素地址，指向01000000的地址被强转为int类型加一，则指向下一个字节，再转为int*解引用，一次取出的是四个字节int的值，小端存储打印02000000。

三、浮点数在内存中的存储

1.浮点数的存储

浮点数在计算机内部的表示方法，根据国际标准IEEE754，任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式：

• （-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，M是大于等于1，小于2的
• 2^E表示指数位
  eg:-5.0 -> -101.0 -> -1.01*2^2
  S=1,M=1.01,E=2。
  对于32位浮点数，最高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位浮点数，最高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M。

1.1浮点数存的过程

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，因此可以被舍去，只保存后面的效数部分，等到读取的时候再把第一位的1加上去，目的是节省1位有效数字。
E：
首先E为一个无符号整数，但在实际中会出现E为负数的情况，因此规定存入内存时E的真实值还必须加上一个中间值，8位E：+127；11位E：+1023。

1.2浮点数取的过程

一共三种情况：
1.2.1 E不全为0或不全为1
E减去127，再将有效数字M前加上第一位的1。
eg:0.5 ->0.1(二进制形式) ->1.0*2^(-1)
E：-1+127：126 ->01111110
最终得到：1 01111110 00000000000000000000000
1.2.2 E全为0
这时，浮点数的指数E等于1-127（或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，表示±0，以及接近于0的很小的数字。
1.2.3 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）。

2.题目解析

int main()
{
	int n = 9;
	float *pFloat = (float *)&n;
	printf("n %d\n",n);//9
	printf("*pFloat %f\n",*pFloat);
	
	*pFloat = 9.0;
	printf("num %d\n",n);
	printf("*pFloat %f\n",*pFloat);//9.0
	return 0;
}

当数值或指针的类型与打印的类型一致时，会出现希望得到的结果。

• 第二问：00000000 00000000 00000000 00001001
  将原来9的二进制序列以浮点数的形式拆分：0 00000000 00000000000000000001001
  由上得：E全为0，即结果为0.000000
• 第三问：9.0 ->1001.0 ->1.001*2^3
  S=0，E=3（+127=130），M=1.001（去1->.001）
  0 10000010 00100000000000000000000
  
  使用计算器打印最终结果是1091567616。