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数据在内存中的存储（上）

article 2024/11/15 11:37:48

前言

不知道兄弟们在调试程序的时候，看到C语言的内存地址很奇怪，比如1,计算机里存的是10 00 00 00，为什么呢？这期我来告诉你。

一、整数在内存中的存储

在讲解操作符的时候，我们就讲过了下⾯的内容：
整数的2进制表⽰⽅法有三种，即原码、反码和补码
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”，⽽数值位最
⾼位的⼀位是被当做符号位，剩余的都是数值位。

正整数的原、反、补码都相同。
负整数的三种表⽰⽅法各不相同。

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。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

为什么呢？
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。

二、⼤⼩端字节序和字节序判断

我们了解了整数在内存中存储后，我们调试看⼀个细节：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 0x11223344;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

数据在计算机中是用二进制的补码来存储，但是调试窗口为了方便，所以用16进制来展示给我们看；
但是，为什么是倒着的？

2.1 什么是⼤⼩端？

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，下⾯是具体的概念：

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，⽅便分辨⼤⼩端。显然，VS使用的是小端存储；

2.2 为什么有大小端?

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8bit 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。

2.3 练习

2.3.1 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

在这里插入图片描述

int check_sys()
{
	int n = 1;
	return *(char*)&n;
}

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

2.3.2 练习2

在看这个例子之前，我们先来讲一下signed char a；和unsigned char b；的区别：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
我们来看看这题：

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;
}

在这里插入图片描述
运行结果：

2.3.3 练习3

int main()
{
 char a = -128;
 printf("%u\n",a);
 return 0;
}

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
我们在来一个差不多的：

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

运行结果：
在这里插入图片描述

2.3.4 练习4

int main()
{
 char a[1000];
 int i;
 for(i=0; i<1000; i++)
 {
 a[i] = -1-i;
 }
 printf("%d",strlen(a));
 return 0;
}

这里的输出说明我们要知道a中的\0的位置,\0的ASCII码值是0；

在这里插入图片描述
127+128=255；

其实我们通过调试也可以看见：

2.3.5 练习5

unsigned char i = 0;
int main()
{
 for(i = 0;i<=255;i++)
 {
 printf("hello world\n");
 }
 return 0;
}

unsigned char：0~255；

在这里插入图片描述
等i=255的时候，因为是unsigned char类型，加1后就变成的0，所以这个程序是个死循环；

同理，下面这个程序也是死循环：

int main()
{
 unsigned int i;
 for(i = 9; i >= 0; i--)
 {
 printf("%u\n",i);
 }
 return 0;
}

2.3.6 练习6

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);
 return 0;
}