一篇文章，吃透数据在内存中的存储-开发者社区

文章目录

· 整数在内存中的存储
- ◦ 大小端字节序和字节序判断
- ◦ 为什么会有大小端之分
- ◦ 经典练习题
· 浮点数在内存中的存储
- 浮点数存的过程
- 浮点数取的过程

· 整数在内存中的存储

前面我们了解到整数的二进制表示方法有三种：原码，反码，补码。
对于有符号的整数，上述表示方法都有符号位和数值位。其中符号位1表示负数0表示正数。最高的一位是符号位，其余是数值位。
正整数的原，反，补相同。
负整数的原反补各不相同（人为规定）
原码：直接将正负数按照二进制形式翻译就是原码。
反码：符号位不变其余按位取反。
补码：反码+1。

补码取反+1可以得到原码
对于整数来说，数据在内存中存的是二进制的补码（CPU只有加法器，补码方便处理），但当用到相关整数时（打印），打印的是原码对应的值。

◦ 大小端字节序和字节序判断

以整型为例，一个整型四个字节而每个内存空间只有一个字节，当”切割“这四个字节放入不同的内存空间时，需要一定的存储顺序来放入内存空间——这时就需要大小端字节序了

inta=0x11223344//->字节的位序降低（按权重）

大端（存储）模式
将低位字节放到高地址，高位字节放到地地址即11 22 33 44
小段（存储）模式
将低位字节放到低地址，低位字节放到高地址即44 33 22 11

◦ 为什么会有大小端之分

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 位，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，因此就导致了大小端存储模式之分。

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；小端模式则刚好相反。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。

◦ 经典练习题

1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）——百度笔试题

#include<stdio.h>intcheck_sys(){inti=1;return(*(char*)&i);}intmain(){intret=check_sys();if(ret==1){printf("⼩端\n");}else{printf("⼤端\n");}return0;}

#include<stdio.h>intmain(){chara=-1;signedcharb=-1;unsignedcharc=-1;printf("a = %d, b = %d, c = %d",a,b,c);return0;}

#include<stdio.h>intmain(){chara=-128;printf("%u\n",a);return0;}

#include<stdio.h>intmain(){chara=128;printf("%u\n",a);return0;}

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){chara[1000];inti;for(i=0;i<1000;i++){a[i]=-1-i;}printf("%d",strlen(a));return0;}

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){chara[1000];inti;for(i=0;i<1000;i++){a[i]=-1-i;}printf("%d",strlen(a));return0;}

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){chara[1000];inti;for(i=0;i<1000;i++){a[i]=-1-i;}printf("%d",strlen(a));return0;}

#include<stdio.h>//X86环境 ⼩端字节序intmain(){inta[4]={1,2,3,4};int*ptr1=(int*)(&a+1);int*ptr2=(int*)((int)a+1);printf("%x, %x",ptr1[-1],*ptr2);return0;}

· 浮点数在内存中的存储

常见的浮点数有3.1415926，1E10等，浮点数类型有float,double,long double浮点数表示的范围：在float.h中有定义

#include<stdio.h>intmain(){inta=9;printf("%d\n",a);float*pfloat=&a;printf("%f",*pfloat);return0;}

由上述例子可以看出，虽然int和float类型大小都是4字节，但是以int类型存入，float取出，a的值完全不同，这说明浮点数和整数在内存中的存储不同。

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 =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
5.0在二进制中是101.0相当于是(-1）⁰1.01*2²
按照V的格式就是S=0,M=1.01,E=2。
-5.5在二进制中是-101.1相当于是
（-1）¹1.011*2²按照V的格式就是S=1,M=1.011,E=2

由上述例子可知，只要知道了S,M,E就可以表示任何一个浮点数。所以计算机的浮点数存储也应用了这个性质

IEEE 754 规定：

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；
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。
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浮点数存的过程

IEEE 754 对有效数字 M 和指数 E，还有一些特殊规定。

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，(-1)⁰1.0*2^-1的 E 是 -1，所以保存成 32 位浮点数时，必须保存成 -1+127=126，即 01111110。

这也解释了为什么不同的浮点数类型小数点后面的位数有限

有些浮点数是无法精确保存的，比如1.2
在二进制中1.2无法表示，所以在保存中，只能用可以接近1.2，并且可以用二进制表示的值代替

浮点数取的过程

此时可以分为三种情况。

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（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：