常见类型在内存中的存储
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常见类型在内存中的存储
1.整形
原码 反码 补码
为什么要整形以补码的形式存储？
大端和小端
整形在内存中的存储
2.字符
字符类型在内存中的存储
3.浮点型
浮点数存储规则
浮点型在内存中的存储
浮点案例
常见类型在内存中的存储
1.整形
原码 反码 补码
整形数据的二进制表示形式有三种：原码、反码、补码。
三种表示方法均由符号位和数值位两部分组成，其中符号位用0表示"正"，用1表示“负”。
正数的原、反、补都相同。
负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，其它位依次按位取反就可以得到反码。
补码
反码加一就能得到补码。
从其定义不难看出：
补码减一，符号位不变其余按位取反可以得到原码。（补码符号位不变其余按位取反再加一也可以得到原码。）
对于整数来说，数据存的就是补码。
为什么要整形以补码的形式存储？
假如计算机要计算1-1等于多少：
将其变形为1+(-1)
1的原码为：00000000 00000000 00000000 00000001
-1的原码为：10000000 00000000 00000000 00000001
两者原码相加为：10000000 00000000 00000000 00000010
翻译过来也就是：-2
1的补码为：00000000 00000000 00000000 00000001（正数的原码和补码相同）
-1的补码为：11111111 11111111 11111111 11111111
两者原码相加为：1 00000000 00000000 00000000 00000000
由低地址位截取32位：00000000 00000000 00000000 00000000（补码）
00000000 00000000 00000000 00000000（原码）
翻译过来也就是：0
原码计算是错误的
补码计算是正确的
大端和小端
在上面计算1+(-1)时，-1和1的补码相加为：1 00000000 00000000 00000000 00000000
明显超出了int所表示的32位的范围，可是为什么我们会从低地址（从前到后为高地址到低地址）位开始截取呢？这是因为我所在的设备采用的是小端存储，此外还有大端存储。那什么是小端存储和大端存储呢？
两者全名为大端字节序存储和小端字节序存储。取名来源于《格列夫游记》：两个国家因为鸡蛋从大头剥还是小头剥而打了一仗。人们受此影响取名为大端字节序存储和小端字节序存储。
字节序
是以字节为单位，讨论存储顺序的
小端字节序存储：
把一个数据的低位字节的内容，存放在低地址处，把一个数据的高位字节的内容，存放在高地址处。
大端字节序存储：
把一个数据的低位字节的内容，存放在高地址处，把一个数据的高位字节的内容，存放在低地址处。
如何通过程序判断当前机器是大端存储还是小端存储？
#include <stdio.h>
int main()
{int a = 1;// 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001char* p = (char*)&a;// 指针存放的是该类型第一位的地址// 由于int*所表示的范围为四个字节，该情况只需拿到第一位的即可，所有用char*if (*p == 1)printf("小端");elseprintf("大端");return 0;
}整形在内存中的存储
以VS2022整形10和-10举例
#include <stdio.h>
int main()
{int num = 10;int num2 = -10;return 0;
}分析：
整形在内存中存储的为补码
num的补码为：00000000 00000000 00000000 00001010
num2的补码为：11111111 11111111 11111111 11110110
换成十六进制
num ： 00 00 00 0a
num2：ff ff ff f6
由于我的机器是以小端的方式存储，所以num,num2应是这样存储的：
num ：0a 00 00 00
num2：f6 ff ff ff
验证：
通过F10启动调试，至return这一步
打开调试窗口
输入&num和&num2
num:
num2:
可以看到分析没有问题。除int外，整形还有长整型long(4/8bit)和短整型short(2bit)都和int同理，都可以通过上面的方式分析。
2.字符
字符类型在内存中的存储
char类型没有整形那样麻烦，字符在内存中存储的都是其ascll编码的值。
如b的ascll编码值为98，换成16进制为62。同样在VS上使用以上方法推测
这里为大家推荐一个快速查看ascll编码的网站：查看字符编码（UTF-8）
3.浮点型
浮点数存储规则
浮点型存储有一套独有的公式：(-1)^S*M*2^E
根据国际标准IEEE（电气和电子工程学会）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
IEEE 754规定：
float(32bit)存储情况：
double(64bit)存储情况：
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，为我们知道，科学计数法中的E是可以出现负数的，所以IEEE 754规定，存入内存时的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，所有保存成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成三种情况：
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，即使小数点右移1位，则为1.0*2^(-1)，其阶码为-1+127=126，表示01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23为00000000000000000000000，则其二进制表示形式为：
0 01111110 00000000000000000000000
E全为1
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。
E全为0
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）；
浮点型在内存中的存储
这里以5.5举例
int main()
{float f = 5.5;// 101.1// 1.011 * 2^2// (-1)^0 * 1.011 * 2^2// S=0// M=1.011// E=2// 0 10000001 01100000000000000000000// 0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000// 4 0 b 0 0 0 0 0// 0x40b00000return 0;
}分析：
这是一块为内存上为float开辟的空间：
先将5.5换成二进制得到：101.1，也就是1.011 * 2^2
用公式(-1)^S*M*2^E的表达也就是：(-1)^0 * 1.011 * 2^2
从而可以知道S=0，M=1.011，E=2
由于S=0，我们可以知道S对应空间中存放的为0
其中E=2，因为这是float类型，所以将其加上127得到129，而129的二进制为：1000 0001
那么E对应空间上顿饭的就是1000 0001
M为1.001，按照规则，M上存储的应为001，后面低地址位补0
从而我们知道了该空间存储的为：01000000 10110000 00000000 00000000
以小端16进制存储为：00 00 b0 40
验证：
浮点案例
#include <stdio.h>
int main()
{int n = 9;// 00000000000000000000000000001001// 0 00000000 00000000000000000001001// S E M// 0 -126 0.00000000000000000001001// (-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^(-126)// E为全0float* pFloat = (float*)&n;printf("num的值为：%d\n", n);printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);// %f只打印小数点后6位*pFloat = 9.0;// 1001.0// 1.001 * 2^3// (-1)^0 * 1.001 * 2^3// S=0 M=001 E=3// 0 10000010 00100000000000000000000 补码printf("num的值为：%d\n", n);printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);return 0;
}