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【c语言】数据在内存中的存储

ds 2025/5/5 8:15:34

一、大小端字节序

大端字节序：数据的低字节内容存放在内存的高地址处，数据的高字节内容存放在内存的低地址处，对于0x11223344
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小端字节序：数据的低字节内容存放在内存的低地址处，数据的高字节内容存放在内存的高地址处，对于0x11223344
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什么是高字节和低字节
对于十进制数字：1234，4是低位，1是最高位
同理，对于十六进制：0x11223344，44是地址字节位，11是高字节位
为什么会有大小端？
数据在内存中的存储是以字节为单位的，char类型的变量占8个bit位，1个字节，但除了char类型之外有很多类型的变量大于1个字节，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。

二、练习

char默认是有符号的，usigned char 为无符号字符类型，char类型变量大小为1个字节，8个bit位
对于无符号类型，其范围为：0-255，是一个周期性的循环
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对于有符号类型，其范围为：-128~127，也是一个周期性的循环
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2.1. 练习一

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;
}

-1的补码为
11111111 11111111 11111111 11111111
char只能存储8个比特位，为11111111是补码，为-1；
b的值与a一样；
c是无符号，11111111作为补码，对应值为255

2.2. 练习二

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

-128
源码为：10000000 00000000 00000000 10000000
反码为：111111111 111111111 111111111 011111111
补码为：111111111 111111111 111111111 10000000
a中存储的为10000000
打印的是无符号整型，前面要补齐0
则补齐后补码为：00000000 00000000 00000000 10000000
反码为补码取反：11111111 11111111 11111111 01111111
源码为反码+1：11111111 11111111 11111111 10000000
结果为一个很大的值：4294967168

2.3. 练习三

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

由于a是char类型，只能存储-128~127的范围，因此，循环开始后：
-1，-2，…-127，-128，127，126，125…，2，1，0 由于strlen到\0的位置停止计算，因此a的长度为128+127=255

2.4. 练习四

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;
}

对于ptr2，数组a在内存中存储的形式为小端存储： 01 00 00 00 02 00 00 00 03 00 00 00 04 00 00
00 a为首元素地址，强转成int后，+1就是+1
假如首元素地址为0x12ff40，强制转换成整型后+1后为0x12ff41，再将其转换成int*后，为地址，那么地址0x12ff40与0x12ff41相差一个字节，因此ptr2向后走了一个字节，其类型为int*，解引用后拿出的是4个字节，因此ptr2指向的内存空间数据为：
00 00 00 02，由于是小端存储，拿出后排列方式为02 00 00 00 按16进制打印出为0x02000000

三、浮点数在内存中的存储方式

任意⼀个⼆进制浮点数V可以表⽰成下⾯的形式：
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例如：
9.5表示成二进制为：1001.1，写成V的形式为：（-1）^0*1.0011*2^3
所以S=0，M=1.0011，E=3
IEEE 754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；
以32位为例：
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在存储的过程中，1<M<2，因此默认M的第一位总是1，可以被舍去，只保存小数点后的部分，等到读取的时候再把前面的1加上，这样做的目的是可以节省1个有效数字；对于指数E来说，在存入时候必须加上一个中间值，对于8位的E来说，中间值是127，对于11位的E来说，中间值为1023

以9.5为例：S=0，M=1.0011，E=3，E+127为130，二进制为：10000010
在存入时候，M为00110 00000 00000 00000 000，所以，在存储在内存中的形式为：
0 10000010 00110000000000000000000

浮点数读取的过程：
E不全为0或不全为1：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）

练习：

int main()
{int n = 9;float *pFloat = (float *)&n;printf("n的值为：%d\n",n);printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);*pFloat = 9.0;printf("num的值为：%d\n",n);printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);return 0;
}

9在内存中的补码为00000000 00000000 00000000 00001001
上面两个printf函数内：站在pFloat的角度来看，补码中的数据是以浮点数的形式存储的，即S、E、M的方式存储，读出的值为0.00000000，这时候E全为0，表示很小的接近于0的数字
下面两个printf函数内：9是以浮点数的形式存储的，二进制位1001.0，（-1）^0*1.001*2^3
S=0,E=3,M=001
0 10000010 0010000000000000000000
以整数形式拿出时候，是一个很大的数字，以浮点出取出时候，就是9.0

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