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蒸!--数据在内存中的存储

article 2024/11/15 20:47:17

一.整数在内存中的存储

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么？

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。

什么是补码？

这和二进制的表示方法有关:即原码、反码和补码

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。

ps:具体可以看我上一篇博客

二.⼤⼩端字节序和字节序判断

我们来看一个例子:

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

查看a的内存:

很显然，a的内存是反着存放的。

这是为什么呢?

这就涉及到大端小端的问题了

1.什么是大端小端?

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。

2..为什么会有大端小端之分?

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。

3.总结

你有一个 32 位（4 字节）数据，例如整数0x12345678，假设从地址 0x00 开始存储，大端序下每个字节的存储会是：

地址	值
0x00	12
0x01	34
0x02	56
0x03	78

而在小端序下会是：

地址	值
0x00	78
0x01	56
0x02	34
0x03	12

注:

0x00: 第一个字节
0x01: 第二个字节
0x02: 第三个字节
0x03: 第四个字节

判断大小端小程序:

#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;
}

三.浮点数在内存中的存储

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：

举个例子:
9.0

二进制为1001

则M=1.001(M大于1小于2)

E=3(因为1001左移了3位变为1.001)

S=0（9为正数）

9.0=(-1)^0 * 1.001 * 2^3

IEEE754规定：

对于32位的浮点数，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，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

1.浮点数存的过程

对于有效数字M和指数E:

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。IEEE754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,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IEEE754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。

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：

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，补⻬0到23位 00000000000000000000000，则其⼆进制表⽰形式为:

1 0 01111110 00000000000000000000000

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。

1 0 00000000 00100000000000000000000

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）；

1 0 11111111 00010000000000000000000

3.总结

我们看个代码(配有注释)


#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;//占四个字节
	//00000000000000000000000000001001(原码)
	//00000000000000000000000000001001(反码)
	//00000000000000000000000000001001(补码)

	//浮点型的存储:
	//0 00000000 00000000000000000001001
	//S    E               M
	//E--->1-127=126
	//M--->0.0000000000000000001001(约等于0了)
	//即(-1)^0 * 0.0000000000000000001001 * 2^(-126)
	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;
	
	printf("num的值为：%d\n", n);//1091567616
	//01000001000100000000000000000000
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//9.000000
	//(-1)^0 * 1.001 * 2^3
	//0 10000010 00100000000000000000000
	return 0;
}

配合着代码来看大家应该能更好的理解吧

完!

一键三连支持一下吧

!蟹蟹٩('ω')و了