C语言底层学习（4.数据在内存中的存储）

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前言：

有人说学编程其实就是在学内存，如果对内存的理解不够就很容易写出莫名其妙的代码，导致错误的结果，今天我们就来看一下我们常见的一些数据，如：整数和浮点数在内存中是如何存储的，感兴趣的小伙伴快来围观吧~

注意：

本篇的练习解析全部都放在了《配套《数据在内存中的存储》》

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正文：

1. 整数在内存中的存储

1.1 二进制与原、反、补码

之前已经在《二进制与原、反、补码》中讲解过整数为什么要有二进制，并且计算机中的整数都是以补码的形式存储的
大家可以自行跳转《二进制与原、反、补码》查看

1.2 大小端字节序

在详细的讲解什么是大小端字节序之前，我们先来看一个代码调试中容易被忽略的小细节：

很容易就能发现这里的地址由低到高位是44 33 22 11 排序的，然后这里的a由低位（可以理解为二进制的个位）到高位也是44 33 22 11 排序的，我们把这种排序方式称为小端字节序
反之，如果地址由低到高位是11 22 33 44 的话，则称为大端字节序

具体概念为：

• 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。

1.3 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8bit的 char 之外，还有16bit的 short 型，32bit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ARM，DSP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。

1.4 练习

1.4.1 练习1

• 请设计⼀个⼩程序来判断当前机器的字节序

很显然，对于这题来说，要想知道字节序，只需要识别一下最小和最大的地址处的字节大小就好了
例如:

int main()
{int a = 0x11223344;if (*(char*)&a > *((char*)&a+3))//假设低处地址是44（即小端模式）{printf("小端");}else{printf("大端");}return 0;
}

在x86环境下，运行结果为：

小端

或者换一种方法：

//代码1 
#include <stdio.h>
int check_sys()
{int i = 1;return (*(char *)&i);
}
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;
}
//代码2为代码1的化简版

1.4.2 练习2

#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;
}

运行结果：

a=-1,b=-1,c=255

1.4.3 练习3

#include <stdio.h>
int main()
{char a = -128;printf("%u\n",a);return 0;
}

运行结果：

4294967168

1.4.4 练习4

#include <stdio.h>
int main()
{char a = 128;printf("%u\n",a);return 0;
}

运行结果：

4294967168

1.4.5 练习5

#include <stdio.h>
int main()
{char a[1000];int i;for(i=0; i<1000; i++){a[i] = -1-i;}printf("%d",strlen(a));return 0;
}

运行结果：

255

1.4.6 练习6

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{for(i = 0;i<=255;i++){printf("hello world\n");}return 0;
}

运行结果：

hello world
hello world
hello world
...
//死循环

1.4.7 练习7

#include <stdio.h>
int main()
{unsigned int i;for(i = 9; i >= 0; i--){printf("%u\n",i);}return 0;
}

运行结果：

//对于运行结果想必大家也猜到了
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
4294967295
4294967294
//...循环

1.4.8 练习8

#include <stdio.h>
//X86环境 ⼩端字节序 
int main()
{int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };int *ptr1 = (int *)(&a + 1);int *ptr2 = (int *)((int)a + 1);printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);return 0;//%x意思是16进制输出
}

运行结果：

4，2000000

2. 浮点数在内存中的储存

2.1 浮点数如何在内存里存储

2.1.1 练习9

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 9;float *pFloat = (float *)&n;printf("n的值为：%d\n",n);printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);*pFloat = 9.0;printf("num的值为：%d\n",n);printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);return 0;
}

运行结果：

n的值为：9
*pFloat的值为：0.000000
num的值为：1091567616
*pFloat的值为：9.000000

2.1.2 详细说明：

说明：
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：

IEEE 754规定：

• 对于32位的浮点数，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，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M

即：


如图，float类型浮点数在内存中是这样分配的

• 这样的话我们就弄清楚了浮点数在内存中的存储，具体的题目解析详看《配套《数据在内存中的存储》》
• 本节完…