深入 C 语言中数据的存储

深度剖析数据在内存中的存储

一.

首先我们知道数据的类型有：

其实 char 在计算机中以 ASCII 表存储的，所以也是整型的一部分，所以数据可以分为，整型和浮点型。

所以这篇文章我们会好好认识到计算机内存中整型和浮点型的存储方式。

二.

接下来讲一讲整型在内存中的存储

首先我们得先知道：计算机中的有符号数有三种表示方法原码，反码，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

三种表示方法各不相同。

原码： 整型按照正负数的形式翻译成二进制。

反码： 原码的基础上符号位不变，其他位取反。

补码： 在反码基础上+1。

数据在计算机内存中的操作是以补码的形式进行的！！！

有一个 unsigned 修饰符（无符号），把符号位当成有效值进行计算，那么就是不存在负数，那么正数范围变大。

比如 char 范围 -128 ~127；

那么 unsigned 0~256。

以此类推，其他不是四个字节的整型，就是改变一下位的数，和数据存储的大小。使用和四个字节的一个道理。

这里看一道题:

下面代码输出的结果是：（ ）

#include <stdio.h>int main(){	int a = 0x11223344;    char *pc = (char*)&a;    *pc = 0;    printf("%x\n", a);    return 0;}

A.00223344

B.0

C.11223300

D.112233

其实 A,B 都有可能。

这里就扯出一个大小端的知识点。

什么是大小端：

大端（存储）模式，是指数据的低位字节保存在内存的高地址中，而数据的高位字节，保存在内存的低地址中；

小端（存储）模式，是指数据的低位字节保存在内存的低地址中，而数据的高位字节，保存在内存的高地址中。

所以得根据计算机的存储模式，是小端存储还是大端存储。

我这里是小端存储。看此题

三.

接下来就是浮点型

在内存中的存储看下这段代码：

int main(){	int a = 9;	float* b = &a;   	printf("%d\n", a);  //猜测9	printf("%f\n", *b); //猜测9.0
	*b = 9.0;	printf("%d\n", a);  //猜测9	printf("%f\n", *b);  //猜测9.0		return 0;}

其实结果是：

这里就得需要知道浮点型是怎么存储的，才可以理解这道题。

首先

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.(-1)^S * M * 2^E

2.(-1)^s 表示符号位，当 s=0，V 为正数；当 s=1，V 为负数。

3.M 表示有效数字，大于等于 1，小于 2。

4.2^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

double，双精度浮点型，64 位，s 为 1 bit， e 为 11 bit，m 为 52 bit。

注意：

IEEE 754 对指数 E 和有效数字 M，有一些特殊规定。首先， 1≤M<2 ，也就是，M 可以写成 1.xxxxxx 的形

式，其中 xxxxxx 为小数部分。

IEEE 754 规定，计算机内部保存 M 时，默认第一位总是 1，因此可以被舍去掉，只保存后面的 xxxxxx 小数部分。

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，可以节省 1 位有效数字。

比如以 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，这样就扩大了存储范围。

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，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。

还有指数 E 从内存中取出可再分为三种：

E 不全为 0 或不全为 1

那么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。

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）。到这就可以打住了。

解释上面的代码：

所以 9.0 二进制为：

0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

用整型打印就是 ： 1091567616

这个数的二进制，就是 9.0 的二进制。

相反 9 的二进制位：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

用 float 打印，必然就是 0 了。

这里必然有和我遇到同样问题的人：

int main() {	int a = 9;	printf("%d\n", a);	printf("%f\n", a);
	float b = 9.0;	printf("%d\n", b);	printf("%f\n", b);
	return 0;}

运行结果：

??? 为什么第三个是 0

其实是这样的

如果 float a =9.0； 这种形式定义。那么 9.0 是以 double，8 个字节存储在计算机里的，

还有就是从 double 转换为 float 只是相同类型的存储方式转换 ,然而并不是截取其中后半部分的转换,这点要注意。

double 9.0 的二进制是 ：

0(符号位) 10000000010（指数位） 0010000000000000000000000000000000000000000000000000（有效数）

所以你用 int 打印，截取后 32 位，必然为 0。

这里来验证一下，我们用 long long 8 个字节的整型打印。

这个 4621256167635550208 整型的的二进制：

就是 double 9.0 的 二进制。既然数据能对上，那证明这个就没错了。这是我的思路。

（文章内容如有错误，请提醒我，我会及时改正。）