【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、数据类型的介绍

无符号整形就是把有符号的取值范围合并，就是无符号整形的取值范围

数据类型	字节数	取值范围
int	4	-2147483648~2147483647
short	2	-32768~32768
lomg	8	-2147483648~2147483647
long long	8	-9223372036854775808~9223372036854775807
char	1	-128~127
unsigned char	1	0~255
unsigned int	4	0~4294967295
unsigned shor	2	0~65535
unsigned long	8	0~4294967295
unsigned long long	8	0~1844674407309551615
float	4	1.1754910^-38~3.4028210³⁸
double	8	2.2250710^-308~1.7976910³⁰⁸
long double	12	2.2250710^-308~1.7976910³⁰⁸

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）

浮点型没有有符号跟无符号区别

在无符号类型中，假如原码是0001是无符号数，这四个都是没有符合位，假如转反码都可以取反1110。

1.0、有符号跟无符号计算原理

有符号的取值范围计算

正数原码就是补码，负数补码转反码然后原码

【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）
无符号的取值范围计算

无符号正数补码就是原码

假如是char类型，在不断+1过程中可以发现规律，到了-128时+1最高位会因为只能放8个字节而丢失最高位，会原回到原来的0，所以会不断的循环

【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）

1.1、数据类型的基本分类

数据类型也分为整形家族与浮点型家族

整形家族：

char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed long [int]

浮点型家族：

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

二、整形与浮点型在内存中的存储

1.整型

数据类型决定了所开辟空间的大小，知道了数据决定空间的大小，接下来就来了解，数据在内存中是怎么存储，来继续往下看。

数据内存是用补码进行存储

【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）
内存的显示为十六进制

可以看出补码的存储顺序相反，接下来又引申出了大端跟小端。

练习

整形提升练习一：

整型提升根据数据类型的符号位提升

int main()
{   
	char a = -1;
	//10000000000000000000000000000001
	//11111111111111111111111111111110
	//11111111111111111111111111111111-截断		//a存储的-1是整型，而a类型却是char，整型占四个字节，char却是一个字节，整型存放进char就需要截断。
	//11111111 -a
	//11111111111111111111111111111111
	//11111111111111111111111111111110
	//10000000000000000000000000000001--> -1

	signed char b = -1;	//11111111111111111111111111111111
	//11111111 -b

	unsigned char c = -1;
	//11111111 -c
	//00000000000000000000000011111111
	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
	//%d - 十进制的形式打印有符号整型整数
	//整型提升

	return 0;
}

练习二：

int main()
{
	char a = -128;
	//-128
	//10000000000000000000000010000000
	//11111111111111111111111101111111
	//11111111111111111111111110000000
	//-128的补码
	//10000000
	//11111111111111111111111110000000

	printf("%u\n", a);
	return 0;
}

练习三：

int main()
{
	//无符号整型恒大于等于0
	//在无符号数迭代成-1时，将会是一个非常大的正数
	unsigned int i;
	for(i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
		Sleep(1000);//单位是毫秒
	}

	return 0;
}

练习四：

a[i]里面的值会不断-1-i，直到-128为止，又因为char取值范围，前面有图char到了-128时在-1会去掉最高位会回到0,之后会不断在**-1 —— -128 —— 0 —— 127**,总共长度为256,直接不断重复循环

int main()
{
//char取值范围-128~127
//a[i]里面的值会不断-1-i，直到-128为止，又因为char取值范围，前面有图char到了-128时在-1会去掉最高位
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	//strlen取\0之前的长度为255
	printf("%d", strlen(a));
	return 0;
}

1.0、大小端的介绍

什么大端小端：

大端字节序存储，把一个低位的数据内容，存放在高地址处，把一个高位的数据内容，存放在低地址处
小端字节序存储，把一个低位的数据内容，存放在低地址处，把一个高位的数据内容，存放在高地址处

字节序：是以字节为单位，讨论存储顺序

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

【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）

练习：
判断当前机器的字节序

#include <stdio.h>
int check_sys()
{
 int i = 1;
 //原类型可以访问4个字节，而程序只需要访问一个字节，所以先&a在转换成*char，又因为*成可以解引用内存

//考虑优先级
 return (*(char *)&i);
}
int main()
{
 int ret = check_sys();
 if(ret == 1)
 {
 printf("小端\n");
 }
 else
 {
 printf("大端\n");
 }
 return 0;
}

2.原码、反码、补码

接下来补充一下原码、反码、补码的知识，在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位两部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”。

正数原、反、补相同,负数需要把原码转为反跟补码

int main()
{
	//正数
	int num  = 10;//创建一个整型变量，叫num，这时num向内存申请4个字节来存放数据
	//4个字节-32比特位
	//00000000000000000000000000001010-原码
	//00000000000000000000000000001010-反码
	//00000000000000000000000000001010-补码

	//二进制先换成十进制然后在换成十六进制，因为为了调试时内存的显示的是十六进制
	
	//4个二进制位等于1个bit位，8个比特位等于一个字节

	//负数
	int num2 = -10;
	//10000000000000000000000000001010 - 原码
	//11111111111111111111111111110101 - 反码
	//11111111111111111111111111110110 - 补码

	return 0;
}

计算时补码的原理

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。

//计算1-1
//1+(-1)
// 00000000000000000000000000000001 --> 1的补码
// 11111111111111111111111111111111 --> -1的补码
// 00000000000000000000000000000000
// 
// 原码计算是错误的
//00000000000000000000000000000001
//10000000000000000000000000000001
//10000000000000000000000000000010---> -2

2.0、原码

原码就是二进制

2.1、反码

原码按位取反得到反码，符号位不变

2.2、补码

在反码右边第一位+1满2为0进1位，符号位不变

2.3、补码转原码第二种方法

补码、取反、+1得到补码

有符号
补码：111111111111111111111111111111110110
取反：10000000000000000000000000001001
+1 ： 10000000000000000000000000001010

三、浮点型

3.0、浮点数存储的例题：

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;
}

【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）

由上面的例题可以看出，浮点型的存储与整型的存储存在差异

3.1、浮点数的存储规则

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。

浮点数的存储表示形式：

V=（-1）^s * M * 2^E

举个例子

5.5十进制的浮点数
101.1
写成科学计数法形式是：1.011（小数点向前）*2 ²（向前移动了两位就是2）
把科学计数法代入，浮点表示形式就得出:V=(-1) ⁰（s就是符号位）* 1.011(M就是科学计数法) * 2 ²(e就是小数点向前移动的个数)

二进制小数的转十进制方法:
【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）

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。

float类型
【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）
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。

在存储M时前面总会是1所以可以舍去，只存小数点后面的值，因此M里面可以存24位有效数字也提高了浮点数的精度，在取出的时候+1就行了

double类型
【C/C++】数据在内存中的存储（完整篇非常详细）

指数E在内存中有三种情况：

E不全为0或不全为1
首先，E为一个无符号整数在,存储的过程中M也有可能是负数，这时候就需要加上一个中间值

0.5 十进制的浮点数
0.1 转成了二进制的浮点数
(-1) ⁰ * 1.0 * 2 ^-1
E=-1(是要是存进E里面需要加上一个中间变量) +127(E是8个bit位+127，E11个bit+1023) =126把126存进E里面,想拿到真实值就用E-127这个中间值得到真实值,想拿出M，再将有效数字M前加上第一位的1。

E全为0

E以8个bit位为例

E全0，这时，浮点数的指数E等于1-127（或者1-1023）即为真实值，，E就是一个非常小的正数

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
E以8个bit位为例

E里面存的就是255，想得到E的真实值就-127=128这就是真实值）
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）；

练习

用来熟悉浮点的存储规则文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-473027.html

int main()
{
	int n = 9;
	//
	//0 00000000 00000000000000000001001
	//S  E        M
	//0  -126    0.00000000000000000001001
	//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126
	//
	//E在内存中是全0
	//
	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	//浮点数二进制
	//1.001 * 2^3	//将二进制写成科学计数法
	//(-1)^0 * 1.001 * 2^3		//代入浮点数的存储形式
	//S=0     E=3  M=1.001	E=3是真实值，这个是存进E里面的值10000010
	//0 10000010 00100000000000000000000	将浮点数的存储形式改成二进制
	//上面的二进制就可以当取出的值
	//最后就是二进制转十进制(是以十进制显示)就得出结果
	printf("num的值为：%d\n", n);//1091567616
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.0

	return 0;
}