【C 数据存储详解】（1）——深度剖析整形数据在内存中的存储

今天我们一起来学习一下C语言中的整型数据是如何在内存中存储的！！！

一.数据类型介绍

1.类型的意义

我们已经学习过了一些基本的内置类型：

char //字符数据类型

short //短整型

int //整形

long //长整型

long long //更长的整形

float //单精度浮点数

double //双精度浮点数

以及他们所占存储空间的大小（单位是字节）:

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(char));
    printf("%d\n", sizeof(short));
    printf("%d\n", sizeof(int));
    printf("%d\n", sizeof(long));
    printf("%d\n", sizeof(long long));
    printf("%d\n", sizeof(float));
    printf("%d\n", sizeof(double));
    printf("%d\n", sizeof(long double));
    return 0; }

C语言规定了这么多不同的数据类型，那么它们有什么意义呢？

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。

2.类型的基本归类

下面我们对C语言中的数据类型做一个基本的归类：

（1）.整型家族

1.char

unsigned char

signed char

2.short

unsigned short [int]

signed short [int]

3.int

unsigned int

signed int

4.long

unsigned long [int]

signed long [int]

这里大家可能会有疑惑，char不是字符类型吗？为啥归到整型里面了。

这是因为每个字符都有对应的ASCII码值，这些字符在内存中存储的时候，实际就是存放的ASCII码值，而ASCII码值都是整数，所以将char也归类到整型里面了

在这里还要给大家提醒一点，就是：

对于char来说，C语言本身并没有明确规定我们定义一个char类型的变量，它到unsigned char 还是 signed char 。 这个取决于编译器，不同的编译器情况可能不同，但是在绝大多数编译器上都是signed char 。

但是，对于short，int，long ，C语言规定了

1.short 就是signed short

2.int 就是 signed int

3.long 就是 signed long

（2）.浮点数家族

float 单精度浮点型

double 双精度浮点型

（3）.构造类型

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.详解整型在内存中的存储

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。

那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？

比如：

int a = 20;
int b = -10;

我们知道为 a 分配四个字节的空间。

那如何存储？

来了解下面的概念：

1. 原码、反码、补码

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。

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：

正数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同。

下面来介绍一下什么时是原码、反码、补码：

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。

补码：

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。

反码：

反码+1就得到补码。

举个例子：

再看一个负数：

整数的2进制表示方法有原码、反码和补码，那内存中存的到底是啥哪？

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？

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。

下面来解释一下：

1. 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

因为CPU只有加法器，所以对于1-1这样的表达式CPU要处理成1+（-1）来进行计算的。

而如果直接将两个操作数的原码进行相加，是可能会出错的：

举个例子：

1+（-1），我们用原码相加，得到错误的结果

用补码计算：

最终用补码相加得到的结果才是正确的！！！

2.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。

我们通过原码得到补码的方法是：

原码的符号位不变，其它位按位取反得到反码，反码加1，得到补码；

其实补码转到原码也可以用同样的方法。

然后我们创建两个变量，看一下，内存给我们展示出来的是什么样子的：

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，好像是相反的。

这是又为什么？

2.大小端介绍

上面我们发现，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，好像是相反的，为什么？

学完下面的内容，我们就清楚了。

什么大端小端：

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

解释一下：

现在再看这张图我们就明白为什么顺序有点不对劲了。

因为在vs2022上，采用的是小端存储模式。

那为什么会有大小端呢？

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。

3.百度2015年系统工程师笔试题讲解

那么我们接下来做一道练习题，这道题是百度2015年系统工程师笔试题：

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。

概念我们上面已经说过了，那怎么设计程序呢？我们来思考一下：

我们可以用整数1来帮助判断，取出1的第一个字节的内容，1的补码是：00000000000000000000000000000001，16进制是：00 00 00 01；

如果第一个字节的值是0（高位在低地址），则为大端；

如果第一个字节的值是1（低位在低地址），则为小端。

（注：我们取出的第一个字节是处在低地址的那一个字节）

上代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 1;
    if ((*(char*)&a) == 1)
        printf("小端");
    else
        printf("大端");
    return 0;
}

我们已经知道了vs上是小端，我们来一下看结果对不对：

以上就是对整型在内存中如何存储的详细介绍，欢迎大家指正，我们一起进步！！！