深度剖析数据在内存中的存储
本章重点：
1.数据类型详细介绍
2.整形在内存中的存储：原码，反码，补码
3.大小端字节序介绍及判断
4.浮点型在内存中的存储解析
一.数据类型的介绍：
我们学过基本的内置类型： 如下，还有他们所占内存的大小
> char //字符数据类型 > short //短整形 > int //整形 > long //长整形 > long long //更长的整形 > double //双精度浮点数 > float //单精度浮点数 > C语言中还有字符串类型
类型的意义：
1.使用这个类型开辟的内存空间大小多少（大小决定了使用范围）
2.如何看待内存空间的视角
1.1类型的基本分类：
整形家族:
> char > unsigned char > signed char 字符在存贮的时候存储的是ASCII码值，ASCII值是整形数字， 但是 char 到底是signed char还是unsigned char 是取决于编译器的，但一般是signed char . >short > unsigned short > signed short >int > unsigned int > signed int >long > unsigned long > signed long >
浮点数家族：
flaot double
构造类型：
数组类型
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union
指针类型：
int *p; char *p; float*p; void *p;空类型void void* 这是一种指针~无具体类型的指针！
空类型：
void表示空类型（无类型）
通常是函数的类型，返回值，参数
二.整形在内存的存储
我们知道创建一个变量需要开辟空间，空间的大小取决于变量的类型。
那数据所开辟的内存是如何存储的呢？
比如：
int a=20; int b=-10; 整形a 开辟4个字节的内存空间，那如何存储的呢？
2.1原码，反码，补码
计算机中的整数有三种表示方法，原码，反码，补码
三种表示方法均有符号位，和数值为两部分符号位0表示正，符号位1表示负数。
整数原码反码补码一样，负数三种表示方法不相同。
原码：
正负数按照原来的数直接翻译成二进制成的就是原码，整型4个字节，32个比特位。
反码：
将原码的符号位不变，其他位按位取反
补码：
反码加1
对于整形来说：数据存放内存中的其实是补码
为什么呢？
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），之外，补码与原码相互转化，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。
举例分析： ```c int a=1; int b=1; int c=a-b;//只有加法怎么办呢？ 看成1+-1就好了 1 00000000000000000000000000000001原反补码 -1 11111111111111111111111111111111补码 100000000000000000000000000000000 1+-1补码相加变成33位了然后 截断一位变成32位变成0了 00000000000000000000000000000000补码但是符号位是0是正数，原反补码相同是0，打印用的是原码打印。
从内存中看：
int a=20; int b=-10; 20的表示 00000000000000000000000000010100原码 00000000000000000000000000010100反码 00000000000000000000000000010100补码 正数原码反码补码相同 -----补码表示 00000000 00000000 00000000 00010100 但是最终以16进制放在内存里的，而不是二进制。 0x00 00 00 14 -10的表示 100000000000000000000000000001010原码 111111111111111111111111111110101反码 11111111 11111111 11111111 11110110补码 4个1表示一个f 在内存里存的是0xFF FF FF F6
还有就是原码和补码之间的转换原理是一样的！
都可以是取反加一。
2.2大段小段介绍：
什么是大段小端：
我们知道，数据的存储，还要有数据的使用，数据存储进去还要拿出来使用，这就涉及了如何更好的使用了。
要想到放进去还要拿出来。最终留下两种方式正序，和负序。
大段存储模式（大段字节序存储） 把数据的低位放在高地址 把数据的高位放在低地址
小段存储模式（小段字节序存储） 把一个数据的低位字节的内容存放在低地址处 高位字节的内容存放在高地址处
注意点：
存储是以字节为单位
低位高位----是个位十位百位的位，不是二进制位。
为什么会有大段小段？
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。
怎么检验当前机器是大端还是小段呢？
定义一个检查当前机器的大小段的函数大段和小段有什么区别呢？见上面介绍如果是大段 那么定义一个变量a=1;那a在内存中存储应该是0x00 00 00 01;
int check_sys() { int a = 1; char* p = (char*)&a; return *p; } int main() { int ret=check_sys(); if (ret == 1) printf("小段\n"); else printf("大段\n"); return 0; }
2.3相关练习+解析
1.第一题
#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;
输出多少呢？为什么呢？
结果：
1.讲解剖析
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; char 和signed char 实际上是一样的所以打印的是相同的。unsigned char为无符号数，他们之间有什么关系呢？ 首先看a是char类型的，-1呢是整形要把-1这个整形存到char 类型的a肯定要发生截断 -1 100000000000000000000000000000001原码 111111111111111111111111111111110反码 111111111111111111111111111111111补码 截断变成11111111 再看要求（%d）打印有符号整数，而a是char类型的，需要进行整形提升。 整形提升（在操作符详解中我有介绍过）有符号数则按符号位整形提升无符号数则按0提升。 a的补码 11111111 整形提升：按符号位提升到32位 11111111111111111111111111111111补码 最终打印的是原码再变成原码--取反+1 10000000000000000000000000000001 原码 -1 最终打印的是-1 a和b是相同的，来看c c是无符号数，这是它的区别，前面截断是相同的就是整形提升这方面不一样 截断的c11111111 整形提升：无符号数按0提升 00000000000000000000000011111111补码 发现这个是正数，原码反码补码相同，所以最后打印的是255
2.第二题
#include <stdio.h> int main() { char a = -128; printf("%u\n",a); return 0; }
输出什么呢？为什么呢?
结果：
2.讲解+剖析
char a=-128;//-128整数放进char类型的a中 跟上面的题一样要发生截断的。 1000000000000000000000000001000000原码 1111111111111111111111111110111111反码 1111111111111111111111111111000000补码 截断1000000 整形提升--有符号数//无符号数（不讨论原反补码） 1111111111111111111111111111000000 补码 注意（%u）要求打印无符号数，就把符号位看成有效位 ---- 1000000000000000000000000001000000 原码 printf("%u\n,a);
3.第三题
int main() { char a=128; printf("%u\n,a); 000000000000000000000000001000000 10000000----a 整形提升---看的是a的类型char 是无符号 111111111111111111111111111000000 打印无符号数----打印原码 }
4.第四题
int i= -20; unsigned int j = 10; printf("%d\n", i+j); //按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
输出什么呢？为什么呢？
结果：
4.解析
int i=-20; unsigned int j=10; printf("%d\n",i+j);%d要求打印有符号数 -20的表示 100000000000000000000000000010100原码 111111111111111111111111111101011反码 111111111111111111111111111101100补码 10的表示 000000000000000000000000000001010原反补码相同 111111111111111111111111111110110 -20+10相加后的补码，这是个无符号数，但最后要求打印有符号数，所以 取反加1 100000000000000000000000000001010得到原码 这个原码翻译成-10
5.第五题
unsigned int i; for(i = 9; i >= 0; i--) { printf("%u\n",i）; }
结果：死循环
为什么呢？
5.解析
unsigned int i; i是无符号数，无符号数的取值范围是0~255，是恒大于等于0的，当i=0时，i--得到的不是-1而是255，它不可能为负数的，只能轮回0~255.所以这个是个死循环。 for(i = 9; i >= 0; i--) { printf("%u\n",i）; }
6.第六题
int main() { char a[1000]; int i; for(i=0; i<1000; i++) { a[i] = -1-i; } printf("%d",strlen(a)); return 0; }
这题 答案又是多少呢？
6.解析
strlen（）结束的条件是遇到'\0',而\0也就是数字0， char 类型数值范围是-128~127. 数组a从-1 ，-2 ，-3 ，-4，……-128都正常存入 -128再-1不是-129了而是127，然后126 ，125，124…… 3，2，1，0结束所以只循环了255次，最终长度为255.
char 范围：
char -128~127;
unsigned char 0~255
7.第七题
#include <stdio.h> unsigned char i = 0; int main() { for(i = 0;i<=255;i++) { printf("hello world\n"); } return 0; } 这道题目与上面的第五题是一样的。 unsigned char的范围是0~255 当i=255时i++不会变成256而是轮回变成0所以会变成死循环的。 i<=255恒成立
三.浮点型在内存中的存储
常见的浮点数：
3.14159 1E10 浮点数家族包括：float，double,long double类型 浮点数表示的范围：float.h定义可以查看
3.1例子一：
浮点数存储：
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; }
结果是什么呢？
3.2浮点数存储规则
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：
(-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。
举例来说
：
十进制的5.0，写成二进制是 101.0 ，相当于 1.01×2^2 。
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 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，E=2。
IEEE 754规定：
对于32位的浮点数，最高的1位是符号位s，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M。
对于64位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字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0255；如果E为11位，它的取值范围为02047。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）；
解释前面的题目：
以浮点数的形式拿出拿n=9，得到的答案为什么是0.000000000呢？
c 9----->0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
第一符号位s=0,后面8位的指数E=00000000
最后23位有效数字M=000 0000 0000 0000 00000 1001
由于指数E全部=为0，所以符合第二种情况
V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2 ^(-126)=1.001×2 ^(-146)
V是无限趋近于0的正数。用十进制小数表示接收0.00000
第二部分：
浮点数9.0如何用二进制表示呢？
9.0
1001.0也就是1.001*2^3
9.0---->(-1) ^0* 1.001*2 ^3 ---->S=0,M=1.001 ,E=3+127=130
那么第一位符号位S=0,有效数字M等于001再加上20个0，E=3+127=130即100000010.
所以二进制形式：
0 100000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
这个32位二进制还原成十进制就是 1091567616 。
