🤔前言🤔
C语言初阶我们已经学习完啦，今天开始我们开始进入C语言进阶篇，今天我们要讲的是深度剖析数据在内存中的存储。
本节重点
- 数据类型详细介绍
- 整形在内存中的存储：原码、反码、补码
- 大小端字节序的介绍及判断
- 浮点型在内存中的存储解析
一、😊数据类型的介绍😊
在C语言初阶篇中我们学习了基本的内置类型：
char //字符数据类型 short //短整型 int //整形 long //长整型 long long //更长的整形 float //单精度浮点数 double //双精度浮点数 //C语言有没有字符串类型
以及他们所占存储空间的大小。
类型的意义：
- 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
- 如何看待内存空间的视角。
1.1类型的基本归类：
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]
浮点数家族：
1. float 2. 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：
1. int *pi; 2. char *pc; 3. float* pf; 4. void* pv;
空类型：
void 表示空类型（无类型通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型
二、😜整型在内存中的存储😜
在初阶C语言中我们讲过一个变量的创建要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型决定的。
那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？
比如：
int a = 20; int b = -10;
我们知道int类型分配四个字节空间
那该如何存储？
那就要了解原码、反码、补码。
原反补我们在C语言初阶篇《原码、反码、补码传送门》
对于整形来说：数据存放内存中其实是存放的补码。
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）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。
我们看看内存中的存储>
我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但好像顺序有点不对劲。
这又是为什么呢？
那就要了解什么是大小端。
2.1大小端介绍
什么是大小端:
大端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址
中；
小端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位,，保存在内存的高地
址中。
为什么有大端和小端：
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8 bit。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。
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）
简述就是上面图片的内容，重点来看程序设计>
int check_sys() { int a = 1; return *(char*)&a; } int main() { int ret = check_sys(); if (1 == ret) { printf("小端\n"); } else { printf("大端\n"); } return 0; }
我们来画图理解一下代码>
2.2练习
//输出什么？ #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; }
我们来画图分析一下>
运行截图>
三、😝浮点数在内存中的存储😝
常见的浮点数：
3.141591E10浮点数家族包括：float、double、long double类型。浮点数表示范围：float.h中定义。
3.1例子
浮点数存储:
1.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; }
输出结果是什么呢？
结果发现是我们意想不到的，为什么会出现0.000000、1091567616这种数字呢？
这就不得不介绍一下浮点数存储的规则
3.2浮点数存储规则(SEM)
num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？
要理解这个结果，一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。
详细解读：
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1.01x2^2.
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）；、
好了关于浮点数的表示规则，就说到这里。
再来解释一下前面的题目：
int main() { int n = 9; //00000000000000000000000000001001 - 9的补码 //0 00000000 00000000000000000001001 //(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126 //0.000000 float* pFloat = (float*)&n; printf("n的值为：%d\n", n);//9 printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//0.000000 *pFloat = 9.0; //1001.0 //(-1)^0 * 1.001 * 2^3 //s=0 //e=3 //m=1.001 //01000001000100000000000000000000 // printf("num的值为：%d\n", n);//1,091,567,616 printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.0 return 0; }
为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 ？
首先，将 0x00000009 拆分，得到第一位符号位s=0，后面8位的指数 E=00000000 ，最后23位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。
9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
那么，第一位的符号位s=0，有效数字M等于001后面再加20个0，凑满23位，指数E等于3+127=130，即10000010。
所以，写成二进制形式，应该是s+E+M，即
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
这个32位的二进制数，还原成十进制，正是 1091567616 。
🌝小结🌝
今天我们学习了数据类型、整形在内存中的存储：原码、反码、补码、大小端字节序、判断浮点型在内存中的存储、相信大家看完有一定的收获。
种一棵树的最好时间是十年前，其次是现在！ 把握好当下，合理利用时间努力奋斗，相信大家一定会实现自己的目标！加油！创作不易，辛苦各位小伙伴们动动小手，三连一波💕💕~~~，本文中也有不足之处，欢迎各位随时私信点评指正！
