目录

1.整型在内存中的存储

1.1原码、反码、补码

1.2大小端介绍

1.3整型数据存储练习

2.浮点数在内存中的存储

2.1浮点数存储规则

2.2浮点数存储练习 

1.整型在内存中的存储

    我们都知道，一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小根据类型的不同而决定。比如：char占一个字节，short占两个字节，int占四个字节等。那接下来，我们一起来探讨一下数据在内存中到底是如何存储的？

#include 
int main()
{
   int a = 10;
   int b = -20;
   
   return 0;
}

1.1原码、反码、补码

    上面的代码创建了两个整型变量，分别是a=10，b=-20。内存为它们开辟了四个字节的空间来存储。那么去存储它们呢？讲这个之前，我们先了解一下计算机的码制。二进制数的码制是由原码、反码和补码构成，码制定义数值的编码方法。其中原码和补码是现代计算机中实际使用的编码。反码是从原码过渡到补码的中间形式，是一种辅助编码，在计算机中不直接使用。

    说了这么多，那么原码、反码和补码是什么呢？其实原码、反码和补码是计算机用来表示数据的二进制序列。好比如：在生活中，我们经常使用十进制数字。用10元去描述一个商品的价格，用28摄氏度去描述一天中某个时间的温度等等。

    原码、反码和补码是如何组成的？原码、反码和补码都是有符号位和数值位组成。符号位都是用0表示正，用1表示负，通过这种方法来区分一个数是正数还是负数。如果一个数是正数，那么它的原码、反码和补码都是一样的。但是，如果一个数是负数，那么你就需要先写出它的原码。在原码的基础上，原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以的得到反码了。然后负数的反码+1就可以得到负数的补码。那么如果我有一个负数的补码，怎么才能得到这个负数的原码。很简单，就是让补码减一，然后除符号位不变，其他位按位取反就可以得到这个负数的原码了。除了这种方法外，其实还有一种方法。就是在补码的基础上，除了符号位，其他位按位取反，再加上一就可以得到这个负数的原码了。我们可以通过下面的列子来验证一下。

    那整数在内存是以何种形式存储的呢？其实整数在内存中是以补码的形式存储的。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。

    接下来，我们一起来看一下整数在内存中的存储。

     我们可以看到对于a和b分别存储的是补码，但是我们会发现顺序有点不对劲。这又是为什么呢？这就涉及了数据的大端存储模式和小端存储模式了。这是什么呢？我们现在来学习一下。

1.2大小端介绍

    什么是大小端？大端存储模式，是指数据的低位保存在内存的高位中，而数据的高位，保存在内存的低位中。而小端存储模式，是指数据的低位保存在内存的低位中，而数据的高位，保存在内存的高位中。

    那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，一个字节为八比特。但是在C语言中除了一个字节的char之外，还有两个字节的short型，四个字节的long型（要看具体的编译器）。另外，对于位数大于8位的处理器，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：一个四个字节的 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。

    那如何去判断一个机器是大端存储模式还是小端存储模式呢？我们可以通过下方的这段代码来判断。

#include 
int main()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a; 
	if (*p == 1)
	{
		printf("机器为小端存储模式\n");
	}
	else
		printf("机器为大端存储模式\n");
	return 0;
}

1.3整型数据存储练习

    练习一

#include 
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;
}

    分析这段代码之前，我们需要知道几个点。第一，在大多数的编译器里，char类型就是signed char类型；第二，就是字符类型的取值范围。

字符类型的取值范围

    知道这些后，我们现在来分析上面的那段代码。

    练习二 

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

     大家来想一下，这段代码的输出结果会是什么？其实这段代码的输出结果是4294967168，那为什么会这样呢？其实我们要用数据存储的知识来解这道题，请看下图分析。

    练习三

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

    那么，这道练习的输出结果会不会是128呢？我们现在来分析一下。

    练习四

#include 
int main()
{
	int i = -20;
	unsigned int j = 10;
	printf("%d\n", i + j);
}

    其实前三题都是可以用数据存储的知识来解决，那么第四题是否也可以呢？我们一起来分析一下。

    练习五

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

    我们来看一下，这道练习的输出结果又是什么？

    练习六 

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

    这段练习中用到了数据存储的知识，还有char类型的取值范围的知识。如果这些知识你都掌握得很好的话，这道题也不会有什么问题。

    练习七

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

    这是最后一道练习，那这道练习的输出结果是什么呢？很明显，这段代码的结果是死循环。因为unsigned char类型的取值范围是0-255，不管怎样i都是满足循环条件的，从而一直循环下去。当然，这道练习也能用数据存储的知识来解释。 

2.浮点数在内存中的存储

    学完了整型在内存中的存储，接下来我们来学浮点数在内存中的存储。常见的浮点数：3.14159,1E10等。那它到底是怎么存储的呢？我们现在来学习一下浮点数存储规则。

2.1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。