探索数据在内存中的存储方式

探索数据在内存中的存储方式（数据是怎么存储的？不同类型是什么样子的？）

32位系统下数据类型：

在这里插入图片描述

每种数据类型的大小：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(char));//1
	printf("%d\n", sizeof(short));//2
	printf("%d\n", sizeof(int));//4
	printf("%d\n", sizeof(long));//4
	printf("%d\n", sizeof(long long));//8
	printf("%d\n", sizeof(float));//4
	printf("%d\n", sizeof(double));//8
	printf("%d\n", sizeof(long double));//8
	system("pause\n");
	return 0;
}

结果：

在这里插入图片描述

编译器环境：Visual Studio 2013（VS2013）

32位系统中char，int型数据在内存中的存储方式：

计算机中存储整型类数据存放的是补码。
正数的补码与原码相同，负数的补码=反码+1 。
负数的反码：原码符号位不动，数值位按位取反。符号位：1表示负数，0表示正数。

char也是一种整型类型，占1byte（8bit）。它存储的是字符的ascii码值，有符号字符类型[signed] char的数据表示范围为 -128（1000 0000） ~ 127（0111 1111），无符号字符类型[unsigned] char 的数据表示范围为 0 ~ 255。
在这里插入图片描述

举例：

char a = 129;//a在计算机内部如何存储的呢？

让我们先来了解一下计算机的存储模式吧：

在计算机的世界里，存储数据的方式要按照计算机的方式去存储，计算机一共有两种存储模式：小端模式和大端模式。（一般计算机是小段模式）
大端模式存储： 数据高位在内存低位，数据低位在内存高位。
小端模式存储： 数据高位在内存高位，数据低位在内存低位。
假设，我们存进去的数据是0x12345678，这里我们拆分数据0x12345678以此来理解数据的高低位：
数据0x12345678是按字节为单位显示，其中12为高位依次是 34、56、78；
假设，我们的内存地址为0x004FFC3C，这里我们拆分内存地址0x004FFC3C以此来理解内存地址的高低位：
内存地址0x004FFC3C是按字节为单位显示：从低位到高位依次为0x004FFC3C、0x004FFC3D、0x004FFC3E、0x004FFC3F。
那如何测试我们自己的计算机是大端模式还是小端模式呢？一个代码轻松解决。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
	int a;
	int *pa;
	pa = &a;
	a = 0x11223344;
	if (0x44 == *(char*)pa)//强制类型转换，解引用访问的a的低8位的数据--1个字节
		printf("小端模式\n");
	else
		printf("大端模式\n");
	system("pause\n");
	return 0;
}

经过验证我的计算机是小端模式，你可以用这个代码试试自己的。
在这里插入图片描述
以我的电脑举例，进行探索上面的例子在计算机内的存储。

char a = 129;//a在计算机内部如何存储的呢？

我们根据前面说的内容猜测一下：
在这里插入图片描述
结果：

这就是char型数据在内存中的存储方式。
如果理解还是不够透彻，借助下面的图和自己上手操作去加深理解吧。

int 型占4byte（32bit），有符号[signed] int 数据范围为 -2^31 ~2 ^31-1，无符号unsigned int 数据范围为 0 ~ 2 ^32-1。
在这里插入图片描述

我们举个例子，来探索一下int型数据在内存中的存储吧：

int b= 259;//b在内存中如何存储的呢？

和上面char a=129;的分析过程类似，分析可得，b在内存中的存储地址为：00 00 01 03。
在这里插入图片描述
实际测试一下：

32位系统中，float，double型数据在内存中的存储方式：

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：
在这里插入图片描述
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。
十进制的-5.0，写成二进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，E=2。
float型在内存中占4byte（32 bit），从低位到高位依次叫第0位到第31位。这32位可以分为3个部分：符号位（第31位），阶码（第30位到第23位共8位），尾数（最低23位）。
1、符号位： 0表示正数，1表示负数。
2、阶码： 表示该实数转化为规格化的二进制实数后的指数与127(127即所谓偏移量)之和，规格化的二进制实数的指数只能在-127~ +127之间。
3、尾数： 表示该实数转化为规格化的二进制实数后小数点以后的其余各位。
在这里插入图片描述
double型与float型存储方式相同，只是所占的位数不同。在内存中占8byte（64 bit），从低位到高位依次叫第0位到第63位。这64位可以分为3个部分：符号位（第63位），阶码（第62位到第52位共11位），尾数（最低52位）。
在这里插入图片描述
IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。 前面说过， 1≤M<2 ，也就是说，M可以写成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小数部分。
IEEE 754规定，在计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx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。这样做的目的，是节省1位有效数字。以32位浮点数（float型）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。
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，我们知道，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。
然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：
E不全为0或不全为1

这时，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。比如： 0.5（1/2）的二进制形式为0.1，由于规定正数部分必须为1，即将小数点右移1位，则为1.0*2^(-1)，其阶码为-1+127=126，表示为01111110，而尾数1.0去掉整数部分为0，补齐0到23位00000000000000000000000，则其二进制表示形式为:

0 01111110 00000000000000000000000

E全为0

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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）；

float是单精度浮点数，double是双精度浮点数。
小试牛刀吧：

例如,将十进制178.125表示成机器内的32个字节的二进制形式；

解答步骤，仅供参考：
在这里插入图片描述
如果还不过瘾，自己下来试试这个例子吧：

将十进制178.125表示成机器内的64个字节的二进制形式；
将-0.15625表示成机器内的32个字节的形式；

总结一下这篇文章：
整型家族：

char //占1byte
   unsigned char//无符号
   signed char//有符号
short//占2byte
   unsigned short [int]//无符号
   signed short [int]//有符号
int //占4byte
   unsigned int//无符号
   signed int//有符号
long //占4byte
   unsigned long [int]//无符号
   signed long [int]//有符号

浮点数家族：

float//占4byte
double//占8byte

整型家族其他类型和char、int的存储方式相同，只是所占位数不同。浮点数家族存储方式如上所示。
好了，关于数据在内存中的存储方式，就说到这里。

粘人精小朋友

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