数据在内存中的存储之整数存储

整数在内存中的存储

整数的2进制表示方法有三种，即原码、反码和补码

三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位都是0表用示“正”，用1表示“负”，而最高的一位是被当做符号位，剩余的都是数值位。

正整数的原、反、补码都相同。
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。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

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）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。

1.1大小端字节序和字节序判断

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。

上述概念需要记住，方便分辨大小端。

举一个简单整数存储例子 ：

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -1;//char是否有符号，取决于编译器，在这里，我们以有符号举例
    signed char b = -1;
    unsigned char c = -1;
    printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);// -1, -1, 255
    return 0;
}

分析：（32位）

-1的原码：10000000000000000000000000000001

-1的反码：11111111111111111111111111111110

-1的补码：11111111111111111111111111111111

有符号char：

a是char类型，单位1字节，所以a在计算机中存储的二进制为11111111（发生了截断）

而打印是以有符号的整型形式打印，char类型要发生整型提升

整型提升：

       有符号数：高位补符号位，直到补齐32位

       无符号数：高位补0，直到补齐32位

所以，最终a整型1提升后的补码是11111111111111111111111111111111，打印是以二进制的原码形式转换成十进制打印的 -> -1

无符号char：

首先将-1进行补码形存储。

除了整型提升不同外，其余于上述雷同。

c整型提升后的补码是 00000000000000000000000011111111， 打印是以二进制的原码形式转换成十进制打印的 -> 255

假设下面以小端字节序存储：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
    int *ptr1 = (int *)(&a + 1);
    int *ptr2 = (int *)((int)a + 1);
    printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);//4,2000000
    return 0;
}

分析：

a 存储在内存中为（十六进制形式下）：

01000000  02000000  03000000  04000000

• int *ptr1 = (int *)(&a + 1); 这行代码将ptr1指向数组a之后的内存位置。由于&a给出的是整个数组的地址，加上1会使指针跳过整个数组，指向数组之后的内存位置。ptr1[-1]实际上是访问这个新位置之前的内存单元，也就是数组a的最后一个元素，即4。
• int *ptr2 = (int *)((int)a + 1);假设a的首元素地址为0x0012ff40， 这里首先将数组a的地址转换为整型（通过(int)a），然后加1，a的值为0x0012ff41。之后，又将整型 a 强制类型转换为 int * 。由于a是一个指向整型的指针，此时，ptr2指向第一个元素的第二个字节。ptr2解引用，从第一个元素的第二个字节开始数4个字节，作为一个元素，即00000002以小端字节序存储：0x02000000
• printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);这行代码以十六进制格式打印出ptr1[-1]和*ptr2的值。