（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：

#include<stdio.h>intmain(){inta=0x11223344;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。

2.3 判断当前机器的字节序

#include<stdio.h>intcheck_sys(){inti=1;return(*(char*)&i);}intmain(){intret=check_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 ∗ 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，M是大于等于1，小于2的
• 2^E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S=0，M=1.01，E=2。
十进制的-5.0，写成二进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2²。那么，S=1，M=1.01，E=2。

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M
  

3.2 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≤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。

3.2.2 对于指数E

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。

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1

intmain(){floatf=5.5f;//10进制的浮点数//二进制：101.1 == 1.011 * 2^2// == (-1)^0 * 1.011 * 2^2// S=0 M=1.011 E=2+127// 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E=1127（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 0010000000000000000

3.3.3 E全为1

这时候，如果有效数字M=0，表示+无穷大，-无穷小（正负取决于符号为S）

0 11111111 0001000000000000000

3.4 练习

#include<stdio.h>intmain(){intn=9;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//S=0//E=-126//M=0.00000000000000000001001//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^(-126)//这个结果无限接近于0*p=9.0;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// S=0 M=1.001 E=3+127// 0 10000010 00100000000000000000000// S E Mreturn0;}