数据在内存中的存储（C语言）（难点，需多刷几遍）
目录
整数在内存中的存储
大小端字节序和字节序判断
什么是大小端？
为什么有大小端？
练习1
练习2
练习3
练习4
练习5
练习6（较难、重点）
代码解读：
浮点数在内存中的存储
练习
浮点数的存储
浮点数存的过程
浮点数取的过程
E不全为0或不全为1
E全为0
E全为1
解题思路：
整数在内存中的存储
整数的取值范围：在limits.h中定义
原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到
反码：原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到
补码：反码+1
对于整型来说，数据存放内存中的是二进制补码：
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
大小端字节序和字节序判断
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 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
什么是大小端？
大小端字节序指的是数据在电脑上存储的字节顺序
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，下面是一些具体概念：
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
为什么有大小端？
因为在计算机系统中，我们以字节为单位，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16 bit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0x0010,0x22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
练习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>
int check_sys()
{
int n = 1;
return *(char*)&n;
//if (*(char*)&n == 1)
// return 1;//小端
else
// return 0;//大端
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");//
else
printf("大端\n");
return 0;
}练习2
signed char类型的取值范围是-128~127
在VS上char=signed char
unsigned char类型的取值范围是0~255
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -1;
//10000000000000000000000000000001原码
//11111111111111111111111111111111补码
//-1的补码是全1
//char只能存放8个bit位，即11111111
// 整型提升——11111111111111111111111111111111 ->-1
//char到底有无符号取决于编译器，在VS上char=signed char
signed char b = -1;
//11111111
// 整型提升——11111111111111111111111111111111 ->-1
unsigned char c = -1;
//11111111
//整型提升——00000000000000000000000011111111 ->255
printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//a=-1,b=-1,c=255
return 0;
}练习3
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -128;
//10000000000000000000000010000000原码
//11111111111111111111111110000000补码
//10000000 ->a
//%u无符号数
//a是char类型，整型提升——11111111111111111111111110000000无符号数（很大的数）——4294967168
printf("%u", a);//4294967168
return 0;
}#include <stdio.h>
int main()
{
char a = 128;
//00000000000000000000000010000000原码
//11111111111111111111111110000000补码
//10000000 ->a
//%u无符号数
//a是char类型，整型提升——11111111111111111111111110000000无符号数（很大的数）——4294967168
printf("%u", a);//4294967168
return 0;
}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;
}
//-1 -2 -3 ...-127 -128 127 126 ...3 2 1 0 | -1 -2...
printf("%zd", strlen(a));//求字符串长度，统计\0(ASCII码值为0)之前的字符个数——255
//遇到0结束
return 0;
}
练习5
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
//unsigned char的取值范围为0~255
int main()
{
for (i = 0; i <= 255; i++)
printf("hello world\n");//死循环——i永远小于255
return 0;
}#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main()
{
unsigned int i = 0;//无符号——表示的数全部>=0
for (i = 9; i >= 0; i--)
printf("%u\n", i);//死循环——i永远>=0
Sleep(1000);
return 0;
}无符号不能表示负数
练习6（较难、重点）
#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);//4,2000000
return 0;
}代码解读：
第二个较难：a强转为int型，整型+1（指针+1取决于指针类型，整数+1就是+1）
浮点数在内存中的存储
常见的浮点数：3.1415，1E10，浮点数家族包括:float,double,long double类型
浮点数的表示范围：float.h中定义
整数的取值范围：limits.h
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);//整数和浮点数在内存中的存储方式不同
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为：%d\n", n);//整数和浮点数在内存中的存储方式不同
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
return 0;
/*n的值为：9
*pFloat的值为：0.000000
num的值为：1091567616
* pFloat的值为：9.000000*/
}说明：整数和浮点数在内存中的存储方式不同
浮点数的存储
上面的代码中，num和*pFloat在内存中明明是同一个数，浮点数和整数的解读结果却差别这么大，是因为整数和浮点数在内存中的存储方式不同
浮点数的存储，其实存储的就是S,M,E相关的值
而整数存储的是二进制的补码
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
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
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，因此可以舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.0的时候，只保存01，等到读的时候，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，等于可以保留24位有效数字
至于指数E，情况比较复杂
首先，E为一个无符号整数
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，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
#include <stdio.h>
int main()
{
//5.5
float f = 5.5f;
//101.1二进制
//1.011*2*2
//(-1)^0*1.011*2^2
//S=0,M=1.011,E=2
// //2+127=129
//0 10000001 01100000000000000000000
//0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000
//40 B0 00 00
//小端存放
//如果是3.14,很明显如法精确用二进制表示出(小数点后的位太多，在内存中无法精确保存)，即无法精确表示出来
}所以要比较两个浮点数是否相等时，需要使用abs(f1-f2)<0.001
C语言程序设计教程比特蛋哥C语言深度剖析视频教程_哔哩哔哩_bilibili中有浮点数的比较
浮点数取的过程
指数E从内存中取出还可以再分为三种情况：
E不全为0或不全为1
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前面加上第一位的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00000000000000000000，则其二进制表示形式为：
0 10000001 01100000000000000000000E全为0
这时，浮点数的指数E等于1-127（或101023）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
E全为1
这时，如果有效数字M全为0，表示±∞（正负取决于符号位S）
解题思路：
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 9;
float* pFloat = (float*)&n;//&n是int*类型，转换为float*,可以理解为pFloat指向n
printf("n的值为：%d\n", n);//9
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//浮点型的存储方式和整型不同
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为：%d\n", n);//浮点型的存储方式和整型不同
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.0
return 0;
/*n的值为：9
* pFloat的值为：0.000000
num的值为：1091567616
* pFloat的值为：9.000000*/
}站在pFloat的视角，它会认为自己指向的是一个float类型的数值
00000000 00000000 00000000 00001001当内存中的E全为0的时候，真实的E：1-127=-126
有效数字M，取出后不再加上第一位的1
(-1)^0*0.00000000000000000000000000001001*2^(-126)≈0
E+127——>0.10000010 00100000000000000000000(n以浮点数的形式存放)
这个二进制转换为十进制就是1091567616