C笔记—深度剖析数据在内存中的存储
目录
一、数据类型介绍
1.1类型的意义：
1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
2. 如何看待内存空间的视角。
1.2类型的基本归类：
1、整形家族：char short int long
整形范围查找：#include <limits.h>
%u打印无符号整型 %d打印有符号整形
char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed long [int]2、浮点数家族：float double
浮点型范围查找：#include <float.h>
浮点数没有原码、反码、补码这些概念，只有整数才有原码、反码、补码。
3、构造类型（自定义造型）：
> 数组类型
> 结构体类型 struct
> 枚举类型 enum
> 联合类型 union
4、指针类型
int *pi; char *pc; float* pf; void* pv;
5、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、整形在内存中的存储
2.1原码、反码、补码
计算机中的整数有三种表示方法，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”，整数有正数和负数：正数（包括无符号整数）其原码、反码、补码相同；而数值位负整数的三种表示方法各不相同，转化方法如下：
原码 直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。
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了。
补码 反码+1就得到补码。
对于整形来说：数据存放内存中存放的是补码。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。
2.2 大小端字节序
大小端字节序：是指以字节为单位的数据的存储方式（该数据大小需大于1字节）
大端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址 中；
小端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位,，保存在内存的高地 址中。
想深入了解大小端字节序这一知识点，推荐书目《深入理解计算机系统》
2.3整形提升
char short类型的数据在参与表达式计算时（+ - * / % 等）会发生整形提升，因为整形数据在内存中是以补码的形式参与存储与计算，若定义的数据类型小于int型，在其计算时会把这个数据整形提升为int型去计算。
整型提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的，无符号数整型提升是往高位补0
以下为整形提升的三个实例：
实例1
实例2
实例3
2.4算数转换
int long long long float double
以上多种类型数据（>=int类型）参与表达式计算会发生算数转换，是往高字节类型转换
三、浮点型形在内存中的存储
3.1浮点数存储的例子
int main()
{
int n = 9;
float *pFloat = (float *)&n;//强制类型转换
printf("n的值为：%dn",n);
printf("*pFloat的值为：%fn",*pFloat);
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为：%dn",n);
printf("*pFloat的值为：%fn",*pFloat);
return 0;
}
输出结果为：
说明浮点数与整数在内存中华的存储方式一样的
再次强调：浮点数没有原码、反码、补码这些概念，只有整数才有原码、反码、补码。
3.2 浮点数存储规则
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。
举例来说： 十进制的5.0，写成二进制是 101.0 ，相当于 1.01×2^2 。 那么，按照上面V的格式，可以得出s=0，M=1.01，E=2。 十进制的-5.0，写成二进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，E=2。
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。
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。
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，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。
然后，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（1/2）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=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:
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。
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）。
浮点数实例详解：