【C语言】探索数据的存储（上篇）

✍前言

HelloHello，大家好，今天我们来一起来探索数据的存储问题，我将大概用2篇博客来写这块的内容，今天，利用这一篇先来完成一部分,介绍数据类型，整形在内存中的存储：原码、反码、补码，以及大小端字节序。数据的存储这块内容还是有点难度的。但是学起来是真的有趣，让我们一起来看一看把！💖

🍁数据类型

数据类型，一个经常说起的东西，我们前面了解过基本的数据类型：

==char //字符数据类型== ——1个字节

==short //短整型==——2个字节

==int //整型==——4个字节

==long //长整型==——4/8个字节

==long long //更长的整型==——8个字节

==float //单精度浮点数==——4个字节

==double //双精度浮点数==——8个字节

类型的作用与意义是什么？

• 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
• 看待内存空间的视角不同。

🍁数据类型的基本分类

整型：

• char

unsigned char——无符号

signed char——有符号

• short

unsigned short [int]

signed short [int]

• int

unsigned int

signed int

• long

unsigned long [int]

signed long [int]

long long

问题1：为什么char也可以归类为整型❓

==答：字符的本质是ASCII值是整型，所以可划分到整型==

问题2：signed和unsigned的用处❓

**==答：生活中有些数据是没有负数的（体重、长度、日期等）==**自然有些数据是有负数的，比如温度之类的，这也是为什么会有有符号和无符号。

浮点数

float

double

构造类型

数组类型

结构体类型 struct

枚举类型 enum

联合类型 union

指针类型

int *pi;

char *pc;

float* pf;

void* pv;

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。

🍁整形在内存中的存储

计算机中的整数有三种2进制表示方法，即原码、反码和补码

我们之前讲过一个变量的创建是要在内存中开辟空间的。空间的大小是根据不同的类型而决定的。那数据在所开辟内存中到底是如何存储的？不知道你有没有想过这个问题❓

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”

对于数值位来说：

• 正数的原、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就可以得到原码。

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。

不理解？我们来演示一下，比如int a = 20;int b = -10;来表示其原码、反码、补码

一个字节8比特位，一个int占4个字节，32位比特位，根据20二进制的计算方法，我们就能得到其原码，又因为是正数，原码反码补码相同。负数也是类似的。

但是实际上呢，这样表示太过于冗长了，我们可以用十六进制来表示

**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？调试看内存

调试观看内存布局：

&a：由于原码反码补码相同比较难以说明，看负数&b

&b：

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

不知道你有没有发现一个问题：为什么补码存储的方式是倒着存的

我们可以看到对于a和b分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点不对劲。这是又为什么？

🍁大小端介绍

什么是大端小端？

==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。==

这时候你肯定又要问了：为什么会有大端小端？

答：

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8 bit。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

那么问题又双叒叕来了：

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

概念性的东西上面说了，代码怎么设计？

我们来定义一个变量int a = 1;那么有两种存储方式：

差别在于：小端存储第一个字节是01，大端存储第一个字节是00，好了，突破点就在这里：我们只要拿出a的第一个字节看看是1还是0就可以去判断是大端还是小端了，我们只要把a的地址取出来在强制转化成char*在解引用即可（因为a本身是int类型4个字节，我们只一个字节）下面我们来实现代码：

轻松解决该问题。

下面，我们来做一道题理解原码、反码、补码

🍁练习

1.
//输出什么？
#include <stdio.h>
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; 
}

想想为什么？

有符号char可以表示-128——127，前两个范围没有问题，而无符号char可以表示0-255，-1不在范围内。具体是怎么回事呢？

-1出现的原因是：

255出现的原因：