【深入详解】数据在内存中的存储：整数在内存中的存储、大小端字节序和字节序判断、浮点数在内存中的存储-海口c网

一、整数在内存中的存储

二、大小端字节序和字节序判断

（一）大小端是什么

（二）为什么会有大小端

（三）练习

1、练习(1)

2、练习(2)

3、练习(3)

4、练习(4)

5、练习(5)

6、练习(6)

三、浮点数在内存中的存储

（一）小练习

（二）浮点数的存储

1、浮点数存的过程

2、浮点数取的过程

（三）题目详解

1、第一环节

2、第二环节

结尾

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前言:前面几篇文章介绍了c语言的一些知识，包括循环、数组、函数、VS实用调试技巧、函数递归、操作符、指针、字符函数和字符串函数、C语言内存函数、结构体、联合和枚举、动态内存管理、文件操作、编译和链接、预处理等，在这篇文章中，我将开始介绍C语言内存函数的一些重要知识点！对C语言内存函数感兴趣的友友们可以在评论区一起交流学习！

一、整数在内存中的存储

还记得吗？我们在介绍操作符的时候就讲过下面的内容啦：

1、整数的二进制表示方法有三种：即原码、反码和补码；

2、有符号的整数。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”，最高位的那位当做符号位，剩余的都是数值位。

正数、负数的原码、反码、补码：

1、正整数的原、反、补码都相同；

2、负整数的三种表示方法各不相同。

注：

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。

对于整型来说：数据存放内存中其实存放的是二进制的补码。

为什么哩？其实很简单：

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。

（1）原因在于，使用补码，可以将符号位和数值位统一处理；

（2）同时，加法和减法也可以统一处理（CPU上只有加法器），除此之外，补码和原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

二、大小端字节序和字节序判断

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1#include <stdio.h>
int main()
{int a = 0x11223344;return 0;
}

调试的时候，我们可以看到在a中的0x11223344这个数字是按照字节为单位，倒着存储的。这是为什么呢？

打开内存，观察一下：

我们了解了整数在内存中存储之后，来调试观察一下这个代码：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1#include<stdio.h>int main()
{int a = 1;//0x 00 00 00 01int b = 0x11223344;return 0;
}

打开内存，观察一下：

（一）大小端是什么

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。

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，方便我们分辨大小端。

（二）为什么会有大小端

为什么会有大小端模式之分呢——

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位，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。

（三）练习

1、练习(1)

这头一道题是一道百度的笔试题，要求是：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。

代码（1）

#include <stdio.h>
int check_sys()
{int i = 1;return (*(char*)&i);
}
int main()
{int ret = check_sys();if (ret == 1){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return 0;
}

代码（2）

int check_sys()
{union{int i;char c;}un;un.i = 1;return un.c;
}

2、练习(2)

#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;
}

3、练习(3)

#include <stdio.h>
int main()
{char a = -128;printf("%u\n", a);return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{char a = 128;printf("%u\n", a);return 0;
}

4、练习(4)

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{char a[1000];int i;for (i = 0; i < 1000; i++){a[i] = -1 - i;}printf("%d", strlen(a));return 0;
}

5、练习(5)

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{for (i = 0; i <= 255; i++){printf("hello world\n");}return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{unsigned int i;for (i = 9; i >= 0; i--){printf("%u\n", i);}return 0;
}

6、练习(6)

#include <stdio.h>
//X86环境小端字节序
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);//%x是以十六进制的形式打印数据return 0;
}

结果输出如下：

画图：

三、浮点数在内存中的存储

常见的浮点数：3.14159、1E10（没错，1E10也是浮点型，1E10即1.0*10^10）等，浮点数家族包括： float 、 double 、 long double 类型。

浮点数表示的范围： float.h 中定义。

（一）小练习

#include <stdio.h>
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("n的值为：%d\n", n);printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);return 0;
}

输出结果：

（二）浮点数的存储

上面的代码中， n 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。

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： V = (−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，M是大于等于1，小于2的；

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 。

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：

（1）对于32位的浮点数(float)，最⾼的1位存储符号位S，接着的8位存储指数E，剩下的23位存储有效数字M；

（2）对于64位的浮点数(double)，最⾼的1位存储符号位S，接着的11位存储指数E，剩下的52位存储有效数字M。

float类型浮点数内存分配

double类型浮点数内存分配

1、浮点数存的过程

IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

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。

指数E的情况就比较复杂了：

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。

打个比方，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。

这样的浮点数存储方式很巧妙，但是我们也要注意到有的浮点数是无法精确保存的。比如：1.2，我们可以在VS上调试看一下，会发现有些许误差。

2、浮点数取的过程

指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

（1）E不全为0或不全为1（常规情况）

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的而进制形式为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(中间值)=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

（2）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。

0 00000000 00100000000000000000000

（3） 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）；

0 11111111 00010000000000000000000

关于浮点数的表示规则，我们就介绍到这里啦！

（三）题目详解

让我们回到一开始的练习：

#include <stdio.h>
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("n的值为：%d\n", n);printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);return 0;
}

1、第一环节

我们先看第一环节，为什么9还原成浮点数，就成了0.000000呢？

9以整型的形式存储在内存中，得到如下二进制序列：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

首先，将9的二进制序列按照浮点数的形式拆分，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。

由于指数E全为0，所以符合E为全0的情况。因此，浮点数V就写成：V=−1^0×0.00000000000000000001001×2*(-126)=1.001 ^(−146)。

显然，V是一个很小的接近于0的正数，所以用十进制小数表示就是0.000000。