C语言数据的存储超详细讲解上篇

前言

本文开始学习C语言进阶的内容了，进阶内容，是在基础阶段的内容上进行拓展，有的知识点，在基础阶段也已经学过。在进阶内容中，将从更深层次的角度去理解学习，本文主要内容包括：

• 数据类型详细介绍
• 整形在内存中的存储：原码、反码、补码
• 大小端字节序介绍及判断
• 浮点型在内存中的存储解析

1、数据类型介绍

在基础阶段已经学习了基本的类型和存储空间的大小。

知道了使用某个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。

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

类型的基本归类

整形家族

char
    unsigned char//无符号
    signed char//有符号
short
    unsigned short [int]//无符号
    signed short [int]//有符号
int
    unsigned int//无符号
    signed int//有符号
long
    unsigned long [int]//无符号
    signed long [int]//有符号

浮点数家族

float
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 *pi;
char *pc;
float* pf;
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

2、整形在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据变量的类型而决定的

//举例
int a = 20;
int b = -10;

int 为整形，占用4个字节，下面将具体分析变量 a 的数值20 在内存空间中是如何分配的

2.1 原码、反码、补码

计算机中的整数有三种表示方法，即原码、反码和补码：

• 原码：直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以
• **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了
• **补码：**反码+1就得到补码

三种表示方法均有符号位和数值位两部分：

• 符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”
• 正整数数的原、反、补码都相同
• 负整数的三种表示方法各不相同

注意，整数存放在内存中的是补码，操作符的对象都是补码，最后打印的是原码。

举例说明数值的原码、反码、补码，

//
int main()
{
	int a = 10;//正数
	00000000 00000000 00000000 00001010 原码
	00000000 00000000 00000000 00001010 反码
	00000000 00000000 00000000 00001010 补码
	a在内存中的存储形式 00 00 00 0a
	int b = -10;//负数
	10000000 00000000 00000000 00001010 原码
	11111111 11111111 11111111 11110101 反码
	11111111 11111111 11111111 11110110 补码=反码+1
	b在内存中存储的数值 ff ff ff f6
	return 0;
}

a的数值在内存中的存储形式：

b的数值在内存中的存储形式：

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；

由于CPU只有加法器，加法和减法也可以统一处理，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。

下面将举例说明，数据在内存中的操作是运用补码而不是原码的：

int main()使用补码计算，打印的是原码
{
	1-1//CPU只有加法器
	1+(-1)
	第一步：
	00000000 00000000 00000000 00000001  1补码
	第二步：
	10000000 00000000 00000000 00000001  -1原码
	11111111 11111111 11111111 11111110  -1反码
	11111111 11111111 11111111 11111111  -1补码
	第三步：补码相加
	00000000 00000000 00000000 00000001  1补码
	11111111 11111111 11111111 11111111  -1补码
	结果是33位，超出范围
   100000000 00000000 00000000 00000000 
	00000000 00000000 00000000 00000000   截断32位为0

	如果使用原码计算，结果是错误的
	00000000000000000000000000000001  1补码
	10000000000000000000000000000001  -1原码
	10000000000000000000000000000010  -2
}

2.2 大小端介绍

2.2.1 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

2.2.2 大端和小端意义

• 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

举例说明大小端，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
• 对于小端模式，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。

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	return 0;
}

低字节0x44挡在低地址中，因此是小端模式：

2.2.3 写程序判断字节序

设计一个小程序来判断当前机器的字节序

int checksys()
{
	int a = 1;//00 00 00 01
	char* ch = (char*)&a;//char* 截断字节，指针指向低地址数据 
	return *ch;//解引用，返回低地址数据
	//return *(char*)&a;//上面两行代码也可写成一行代码
}
int main()
{
	int a = checksys();
	if (a==1)//如果低地址保存的数据是1，即0x01，就是低字节
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

总结

数据的存储的学习还没有结束。

下一篇内容继续学习数据的存储相关的知识点。