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數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

• 🌈前言
• 一、🌟數(shù)據(jù)類型介紹
• • 🌽類型的基本歸類
  • • 🍋整型家族
    • 🍋浮點(diǎn)型家族
    • 🍋構(gòu)造類型
    • 🍋指針類型
    • 🍋空類型
• 二、🌽整數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
• • 🍋原碼，反碼，補(bǔ)碼
  • 🍋大小端介紹
  • 🍋小練習(xí)
• 三、🌽 浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
• • 🍋舉個(gè)例子
  • 🍋浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)規(guī)則
  • 🤔突發(fā)奇想
• 🏆

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一、🌟數(shù)據(jù)類型介紹

前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了基本的內(nèi)置類型：

char //字符數(shù)據(jù)類型
short //短整型
int //整形
long //長(zhǎng)整型
long long //更長(zhǎng)的整形
float //單精度浮點(diǎn)數(shù)
double //雙精度浮點(diǎn)型
注意： C語(yǔ)言中沒有字符串類型！

🌽類型的基本歸類

🍋整型家族

char:
unsigned char
signed char
short:
unsigned short [int]
signed short [int]
int:
unsigned int
signed int
long:
unsigned long [int]
signed long [int]

其中char雖然是字符類型，但是字符類型存儲(chǔ)的時(shí)候，存儲(chǔ)的字符的ascii碼是整數(shù)

char c1; signed char c2; unsigned char c3;

敲黑板：1、C語(yǔ)言不確定char是有符號(hào)還是無符號(hào)的？是取決于編譯器的實(shí)現(xiàn)
2、C語(yǔ)言中規(guī)定int等價(jià)于signed int、short等價(jià)于signed short

這里我們來解釋一下什么是有符號(hào)，無符號(hào)↓

🍋浮點(diǎn)型家族

float
double
long double

🍋構(gòu)造類型

構(gòu)造類型(自定義類型)

數(shù)組類型
結(jié)構(gòu)體類型 struct
枚舉類型 enum
聯(lián)合類型 union

int arr[10]中 arr的類型是int [10],同理char arr3[4]的類型是char [4]
其中int a[]={0,0,0}的類型是int [3]

🍋指針類型

int *pi
char *pc
float *pf
void *pv

🍋空類型

void 表示空類型（無類型）通常應(yīng)用于函數(shù)的返回類型、函數(shù)的參數(shù)、指針類型。
void 則為“無類型指針”，void 可以指向任何類型的數(shù)據(jù)。

注意!!!：
1、如果函數(shù)沒有返回值，那么應(yīng)聲明為void類型
2、如果函數(shù)無參數(shù),那么應(yīng)聲明其參數(shù)為void。
3、小心使用void指針類型，不能對(duì)void指針進(jìn)行算法操作
4、如果函數(shù)的參數(shù)可以是任意類型指針，那么應(yīng)聲明其參數(shù)為void *
5、void不能代表一個(gè)真實(shí)的變量

若想更加詳細(xì)了解void用法可以閱讀C/C++中void用法總結(jié)進(jìn)行更深入的研究。

二、🌽整數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

我們知道一個(gè)變量的創(chuàng)建是要在內(nèi)存中開辟空間的?？臻g的大小是根據(jù)不同的類型決定的

那接下來我們談?wù)剶?shù)據(jù)在所開辟內(nèi)存中到底是如何存儲(chǔ)的？

int a = 10; int b = 20;

我們知道為a分配四個(gè)字節(jié)的空間，那如何存儲(chǔ)呢？接下來了解一下下面的概念↓

🍋原碼，反碼，補(bǔ)碼

計(jì)算機(jī)中的整數(shù)有三種表示方法，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。
三種方法均有符號(hào)位和數(shù)值位兩部分，符號(hào)位 0 表示“正”， 用1 表示“負(fù)”。
負(fù)整數(shù)的三種表示方法各不相同。

原碼：直接將二進(jìn)制按照正負(fù)數(shù)的形式翻譯成二進(jìn)制就可以了。
反碼：將原碼的符號(hào)位不變，其他位依次按位取反就可以得到了。
補(bǔ)碼：反碼 +1 就得到補(bǔ)碼。
正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼相同。

對(duì)整形來說：數(shù)據(jù)存放內(nèi)存中其實(shí)存放的是補(bǔ)碼。
為什么呢？

1、使用補(bǔ)碼可以將符號(hào)位和數(shù)值域統(tǒng)一處理
2、加法和減法可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器）
3、補(bǔ)碼和原碼互相轉(zhuǎn)化，其運(yùn)算過程是相同的，不需要額外的電路。

舉個(gè)例子：

1 - 1;1+(-1) CPU只有加法器使用原碼計(jì)算000000000000000000000000000000011000000000000000000000000000000110000000000000000000000000000010 算出來是-2使用補(bǔ)碼的二進(jìn)制計(jì)算00000000000000000000000000000001 (1)11111111111111111111111111111111 (-1)補(bǔ)碼100000000000000000000000000000000 只保留32位00000000000000000000000000000000 所以為010000000000000000000000000000001 (-1)原碼11111111111111111111111111111110 (-1)反碼11111111111111111111111111111111 (-1)補(bǔ)碼

由此可見用原碼計(jì)算1-1并不為零，而用補(bǔ)碼可計(jì)算出正確值。

接下來我們看看在內(nèi)存中的存儲(chǔ)：

我們可以看見對(duì)于a和b分別存儲(chǔ)的是補(bǔ)碼。 可是有沒有覺得不對(duì)勁嗎？為什么數(shù)字是反過來排列的？難道不是應(yīng)該是 00 00 00 14和 ff ff ff f6 嗎？

這里就要引入小端存儲(chǔ)和大端存儲(chǔ)。

🍋大小端介紹

什么是大端小端？

大端字節(jié)序存儲(chǔ)：是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址中；
小端字節(jié)序存儲(chǔ)：是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的高地址中；

對(duì)于16進(jìn)制0x11223344來說，44是最低位的字節(jié)數(shù)據(jù)，33是次低位。

但為什么會(huì)有大端小端呢？

這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們是以字節(jié)為單位的，每個(gè)地址單元都對(duì)應(yīng)著一個(gè)字節(jié)，一個(gè)字節(jié)為8 bit。
但是在C語(yǔ)言中除了8 bit的char之外，還有16 bit的short型，32 bit的long型（要看具體的編
譯器），另外，對(duì)于位數(shù)大于8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由于寄存器寬度大于一個(gè)字節(jié)，那么必然存在著一個(gè)如何將多個(gè)字節(jié)安排的問題。因此就導(dǎo)致了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式。
例如：一個(gè) 16bit 的 short 型 x ，在內(nèi)存中的地址為 0x0010 ， x 的值為 0x1122 ，那么 0x11 為高字節(jié)， 0x22 為低字節(jié)。
對(duì)于大端模式，就將 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，剛好相反。
我們常用的 X86 結(jié)構(gòu)是小端模式，而 KEIL C51 則為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來選擇是大端模式還是小端模式

答：因?yàn)楸厝淮嬖谥粋€(gè)如何將多個(gè)字節(jié)安排。

🍋小練習(xí)

百度2015年系統(tǒng)工程師筆試題：
請(qǐng)簡(jiǎn)述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設(shè)計(jì)一個(gè)小程序來判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序。

🥃解題思路：通過char*來訪問1的首字節(jié)判斷是否為1

📜代碼實(shí)現(xiàn)

int main() {int a = 1;char*p=(char*)&a;//要對(duì)&a進(jìn)行類型轉(zhuǎn)化if (*p == 1){printf("小端\n");}else {printf("大端\n");}return 0; }

三、🌽 浮點(diǎn)型在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

常見的浮點(diǎn)數(shù)：
3.14159
1E10
浮點(diǎn)數(shù)家族包括： float、double、long double 類型。
浮點(diǎn)數(shù)表示的范圍：float.h中定義

🍋舉個(gè)例子

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

輸出的結(jié)果的什么呢？

num 和 *pFloat 在內(nèi)存中明明是同一個(gè)數(shù)，為什么浮點(diǎn)數(shù)和整數(shù)的解讀結(jié)果會(huì)差別這么大？跟我來吧🌋

🍋浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)規(guī)則

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE（電氣和電子工程協(xié)會(huì)） 754，任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2^E
• (-1)^s表示符號(hào)位 ，當(dāng)s=0，V為正數(shù)；當(dāng)s=1，V為負(fù)數(shù)。
• M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2。
• 2^E表示指數(shù)位。

😈舉兩個(gè)例子：↓

十進(jìn)制的5.5，轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制就變成了101.1，用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示就是 1.011 * 2^2 。那么，按照上面的格式，可以得出S = 0， M = 1.011，E = 2 。
同理十進(jìn)制的9.0，轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制就變成了1001.0，用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示就是 1.001 * 2^3 。那么，按照上面的格式，可以得出S = 0， M = 1.001，E = 3 。

IEEE 754規(guī)定：

對(duì)于32位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位是符號(hào)位s，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位為有效數(shù)字M。

對(duì)于64位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位是符號(hào)位S，接著的11位是指數(shù)E，剩下的52位為有效數(shù)字M。

IEEE 754對(duì)有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定：

1≤M<2 ，也就是說，M可以寫成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小數(shù)部分。IEEE 754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存M時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的時(shí)候，只保存01，等到讀取的時(shí)候，再把第一位的1加上去。
這樣做的目的，是節(jié)省1位有效數(shù)字。以32位浮點(diǎn)數(shù)為例，留給M只有23位，將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數(shù)字。

至于指數(shù)E，情況就比較復(fù)雜。
首先，E為一個(gè)無符號(hào)整數(shù)（unsigned int）

這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0 ~ 255；如果E為11位，它的取值范圍為0 ~ 2047。但是，我們知道，科學(xué)計(jì)數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內(nèi)存時(shí)E的真實(shí)值必須再加上一個(gè)中間數(shù)（修正值），對(duì)于8位的E，這個(gè)中間數(shù)是127；對(duì)于11位的E，這個(gè)中間數(shù)是1023 。這個(gè)是IEEE 754 的死規(guī)定（只能死記啦）
比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，必須保存成10+127=137，即10001001。

😈舉個(gè)例子：

發(fā)現(xiàn)在內(nèi)存中的地址果然是0x40b00000

指數(shù)E從內(nèi)存中取出還可以再分成三種情況：
1??E不全為0或不全為1 →(怎么樣放怎么樣拿出來)

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計(jì)算值減去127（或1023），得到真實(shí)值，再將有效數(shù)字M前加上第一位的1。
比如：
0.5（1/2）的二進(jìn)制形式為0.1，由于規(guī)定正數(shù)部分必須為1，即將小數(shù)點(diǎn)右移1位，則為
1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為01111110，而尾數(shù)1.0去掉整數(shù)部分為0，補(bǔ)齊0到23位00000000000000000000000，則其二進(jìn)
制表示形式為:

0 01111110 00000000000000000000000

2??E全為0

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實(shí)值，
有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示±0，以及接近于0的很小的數(shù)字。

3??E全為1

這時(shí)，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無窮大（正負(fù)取決于符號(hào)位s）；

好了，關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)的表示規(guī)則，就說到這里。
解釋前面的題目：

🤔突發(fā)奇想

既然浮點(diǎn)數(shù)的儲(chǔ)存不能精確存儲(chǔ)，那數(shù)據(jù)會(huì)不會(huì)不準(zhǔn)確呢🤔

因?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)會(huì)有誤差，所以不能直接相比較，應(yīng)該比兩者之間的差值是否在允許的范圍內(nèi)

float f = 0.00001;if (f - 0.0){}return 0;

如果同學(xué)們還想了解更多細(xì)膩的知識(shí)，可以看比特蛋哥~深入解刨的視頻

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深度剖析数据在内存中的存储（修炼内功~吊打面试官）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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