四、大小端

0x00 问题引入

我们在仔细观察下刚才内存中的存储，这次我们再添加一个 b = 10

❓ 我们可以看到对于 a 和 b 分别存储的是补码，

但是我们发现顺序好像是倒过来的，为什么会这样呢？

大端小端存储问题，当一个数据的大小存储到内存空间大于1个字节时，会存在一个存储顺序的问题，这个存储顺序的问题就有两种，一个为大端，一个为小端。

0x01 大端模式

📚 作用：把数据的低位保存在内存的高地址处，高位字节序的内容存放在低地址中（正着存）

🔺 总结：大端模式，低位放在高地址，高位放在低地址

0x02 小端模式

📚 作用：把数据的低位保存在内存的低地址处，高位字节序的内容存放在高地址中（倒着存）

🔺 总结：小端模式，低位放在低地址，高位放在高地址

0x03 产生的原因

❓ 为什么会有大端和小端呢：

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。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果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。

0x04 判断当前系统大小端

📜 百度2015年系统工程师笔试题：

请简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个小程序来判断当前机器的字节序（10分）

💡 实现思路：

💬 代码实现：

int main()
{
    int a = 1;
    char* pa = (char*)&a; // 这里需要进行一下强制类型转换
    if(*pa == 1)
        printf("小端");
    else
        printf("大端");
    return 0;
}

⚡ 优化 - 封装成函数：

int check_sys() 
{
    int a = 1;
    char* pa = (char*)&a;
    return *pa; // 返回1表示小端，返回0表示大端
    // return *(char*)&a;
}
int main()
{
    int ret = check_sys();
    if(ret == 1)
        printf("小端\n");
    else
        printf("大端\n");
    return 0;
}

五、有符号数和无符号数

0x00 定义

📚 无符号数（unsigned），有符号数（signed）

0x01 两种char的范围

📚 有符号 char 的范围是： -128 ~ 127

📚 无符号 char 的范围是： 0 ~ 255

🔑 signed char 解析：

0x02 专项练习

💬 练习1：

下列代码的输出结果是什么？

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;
}

🚩 a = -1, b = -1, c = 255

🔑 解析：

📌 注意事项：

① int 就是 signed int，short 是 signed short ……这是 C语言标准 规定的。

② 但是，char 比较特殊！char 到底是 signed char 还是 unsigned char，C语言标准 并没有规定，取决于编译器，大部分编译器 char 指的都是 signed char 。

💬 练习2：

下列程序输出的结果是什么？

int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}

🚩 4294967168

🔑 解析：

❓ 如果不用 %u 形式打印，用 %d 形式打印的是什么：

💬 练习3：

和上题相似，运行后结果是什么？

int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n", a);
    return 0;
}

🚩 4294967168

🔑 解析：

❓ char a 放得下128吗？

（只是放进去了一部分，发生了截断）

💬 练习4：

下列代码运行结果是什么？

int main()
{
  unsigned int i;
  for (i = 9; i >= 0; i--) {
  printf("%u\n", i);
  }
  return 0;
}

🚩 运行结果如下：

🔑 解析：因为 i 是一个无符号整型，判断条件为 i  >=  0，因为什么情况下 i 都不可能小于0，所以这个条件恒成立，恒成立导致死循环。

💬 练习5：

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

🚩  255

🔑 解析：

💬 练习6：

下列代码运行后结果是什么？

unsigned char i = 0;
int main()
{
  for (i = 0; i <= 255; i++) {
  printf("hello world\n");
  }
  return 0;
}

🚩 运行结果如下：

🔑 解析：i 是无符号 char，无符号 char 的取值范围为 0 ~ 255，而判断条件为 i  <=  255，这个条件永远都满足不了，因为无符号 char 里面能放的最大的值就是 255，所以是死循环。

六、浮点数在内存中的存储

0x00 常见的浮点数

📚 浮点数家族包括：float、double、long double 类型

0x01 查看定义取值范围

整型的取值范围：limit.h 中定义

浮点数的取值范围：float.h 中定义

0x02 浮点数存储的例子

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;
}

🚩 运行结果如下：

❓ num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和正数的解读结果会差别这么大？

💡 解析：

0x03 IEEE754规定

📚 IEEE754：根据国际标准IEEE（电器和电子工程协会）754 规定，任意一个二进制浮点数V可以表示成以下形式： (-1)^S * M * 2^E

     ①  (-1)^s 表示符号位，当 s = 0，V为正数；当s = 1， v为负数

     ②  M表示有效数字，大于等于1，小于2

     ③  2^E 表示指数位

📜 例子：

浮点数：5.5 - 10进制

二进制：101.1  →  1.011 * 2^2  →  (-1) ^0 * 1.011 * 2^2

                                                        s=0   M=1.011  E=2

🔺 IEEE 754 规定：

对于32位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着8位是指数E，剩下的23位位有效数字M：

对于64位的浮点数，最高位1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位位有效数字M：

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，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。

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，即将小数点右移1位， 则为1.0*2^(-1)，其阶码为-1+127=126，表示为01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位 00000000000000000000000，则其二进制表示形式为
0 01111110 00000000000000000000000
E全为0
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）；

0x04 解释前面的例子