本章重点
- 数据类型详细介绍
- 整形在内存中的存储：原码、反码、补码
- 大小端字节序介绍及判断
- 浮点型在内存中的存储解析
1. 数据类型介绍
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
//C语言有没有字符串类型？
前面我们已经学习了基本的内置类型：
以及他们所占存储空间的大小。
类型的意义：
- 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。
- 如何看待内存空间的视角。
1.1 类型的基本归类：
整形家族：
char
unsigned char
signed char
short
unsigned short [int]
signed short [int]
int
unsigned int
signed int
long
unsigned long [int]
signed long [int]
有些数值：
只有正数没有负数(年龄)用unsigned
有正有负(温度)用signed
严格意义上说，C语言并没有规定代码中char的具体类型，这取决于编译器的种类，因此char可分为
char类型 //由编译器决定类型
unsigned char类型
signed char 类型
而除char外其他类型如int，c语言规定为有符号整型；
int ==signed int
short ==signed short
long ==signed long
浮点数家族：
float
double
构造类型（自定义类型）：
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
举例：
#include
void test() //函数不需要返回值
{
}
void test2(void) //不需要接收参数
{
}
int main()
{
void* p = NULL;//空指针类型
int a = 10;
void* p1 = &a;//垃圾桶，可以放任何类型的值
p1++;//err
*p1;//err
return 0;
}
2. 整形在内存中的存储
我们之前说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？
下来了解下面的概念：
2.1 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。
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
对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
从下面的代码和图片我们可以进一步论证：
int main() {
int a = 20;
//4byte = 32bit
//00000000000000000000000000010100 正数原码
//00000000000000000000000000010100 正数反码
//00000000000000000000000000010100 正数补码
int b = -10;
//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 - 原码
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101 - 反码
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 - 补码
//f f f f f f f 6 - 补码的的16进制形式
return 0;
}
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。
具体看以下代码片段便知：
int c = 1 - 1;
1-1
1+(-1)
//原码的计算是错误的
//00000000000000000000000000000001 -1的原码
//10000000000000000000000000000001 -1的源码
//10000000000000000000000000000010 -> -2相加得出
//1-1不等于2，所以用原码计算导致了错误
// 00000000000000000000000000000001 1的补码
// 11111111111111111111111111111111 -1的补码
// 1 00000000000000000000000000000000 //相加得出，前面的1溢出，不会计算，结果为0
//10000000000000000000000000000001- -1的原码
//11111111111111111111111111111110 -1的反码
//11111111111111111111111111111111 -1的补码
如下代码，我们对内存进行窥探
int b = -10;
//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 - 原码
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101 - 反码
//1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110 - 补码
//f f f f f f f 6 - 补码的的16进制形式
return 0;
}
#include
int main()
{
int a = 0x12345678; //16进制每两个数一个字节
return 0;
}
如图，在内存中16进制数列以字节为单位产生了倒序，究其原因，且让我们看以下内容
2.2 大小端介绍
当数据在内存中数值大于一个字节时，就有了存储顺序的问题，这里就规定了两种存储方式
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。
注意：这种存储是以字节序为单位的，如上图，11 22 33 44分别为一个字节序
为什么有大端和小端：
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8bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外，还有16 bit的short型，32bit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。
前面可能对于字节序列不太理解，这里微点一下：
0x12 34 56 16进制0~150~9 a b c d e f
f
1111
8+4+2+1 = 15
一个16进制位转化为4个二进制位，两个16进制位转化为8个二进制位，8个二进制位为1个字节
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。（10分）
写代码思路：
int main()
{
int a = 1;
char*p = (char*)&a;
if (*p == 1)
printf("小端n");
else
printf("大端n");
return 0;
}
用自定义函数实现：
int check_sys()
{
int a = 1;
char* p = (char*)&a;
if (*p == 1)
return 1;
else
return 0;
}
int check_sys()
{
int a = 1;
if (*(char*)&a == 1)
return 1;
else
return 0;
}
简化：
继续简化：
返回1表示小端
返回0表示大端
int check_sys()
{
int a = 1;
return *(char*)&a;
}
int main()
{
if(check_sys() == 1)
printf("小端n");
else
printf("大端n");
return 0;
}
仔细品味，可发现其中的巧妙之处。
有符号和无符号的取值范围：
练习：
这里有几道相关的练习题，下面有具体的解析，做完题再看解析哦1.
//输出什么？
#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;
}
下面程序输出什么？2.
#include
int main()
{
char a = -128;
printf("%un",a);
return 0;
}
#include
int main()
{
char a = 128;
printf("%un",a);
return 0;
}
int i= -20;
unsigned int j = 10;
printf("%dn", i+j);
//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%un",i);
}
int main()
{
char a[1000];
int i;
for(i=0; i{
a[i] = -1-i;
}
printf("%d",strlen(a));
return 0;
}
#include
unsigned char i = 0;
int main()
{
for(i = 0;i{
printf("hello worldn");
}
return 0;
}
练习解析：
#include
int main()
{
char a = -1; //-1截断后存储到a中
//10000000000000000000000000000001 -1的原码
//11111111111111111111111111111110 -1的反码
//11111111111111111111111111111111 -1的补码
//11111111 - a是char型，一个字节，赋值给a发生截断
signed char b = -1;
//11111111111111111111111111111111 -1的补码
//11111111 - b，发生截断
//
unsigned char c = -1;
//11111111111111111111111111111111 -1的补码
//11111111 - c发生截断
//因为打印%d，所以发生整型提升，根据符号位进行
//而无符号类型无符号位，整型提升前面直接补0
printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
//a b
//11111111111111111111111111111111 整型提升后的数列
//11111111111111111111111111111110 反码
//10000000000000000000000000000001 原码
//-1 -1
// c
//11111111
//00000000000000000000000011111111 //符号位为0，是正数
//补码，正数的原码、反码、补码相同
return 0;
}
2、
#include
//%u 是打印无符号整形，认为内存中存放的补码对应的是一个无符号数
//%d 是打印有符号整形，认为内存中存放的补码对应的是一个有符号数
int main()
{
char a = -128;
//
//10000000000000000000000010000000 -128
//11111111111111111111111101111111 反码
//11111111111111111111111110000000 补码
//10000000 - a发生截断
//11111111111111111111111110000000 %u 是打印无符号整形，认为内存中存放的补码对应的是一个无符号数，无符号数原、反、补相同
//
printf("%un", a);
return 0;
}
输出结果：
3、这道题把第二题的-128改为了128，那么输出值是多少呢？
int main()
{
char a = 128;
//
//00000000000000000000000010000000
//10000000 - a
//11111111111111111111111110000000
//
printf("%un", a);
return 0;
}
结果是和上次值一样的，需要动脑筋思考4、这里就不做解释了，算法和前面相似，都做了注释，就会少了思考的过程，不易于知识的掌握
int main()
{
int i = -20;
//10000000000000000000000000010100
//11111111111111111111111111101011
//11111111111111111111111111101100
//
unsigned int j = 10;
//00000000000000000000000000001010
printf("%dn", i + j);
//11111111111111111111111111101100
//00000000000000000000000000001010
//11111111111111111111111111110110
//11111111111111111111111111110101
//10000000000000000000000000001010 ---> -10
//
return 0;
}
5、
#include
#include
int main()
{
unsigned int i;
for (i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%un", i);
Sleep(100);//由于运行太快，这里为了看清，引用了sleep函数，需要引用头文件Windows.h
}
return 0;
}
这里出现了死循环，因为无符号类型不会出现小于0的数。6、
int main()
{
char a[1000];//char类型的取值范围是-128~127
int i;
//i的值从-1一直到-1000，但是a的类型是char
//-1 -2 …… -128 127 126 …… 3 2 1 0 -1 -2……可参考下图
for(i=0; i{
a[i] = -1-i;
}
printf("%d",strlen(a));//strlen截止到 即0，所以0之前的i的个数就是最后的值 255
return 0;
}
这里需要注意的是：char类型的取值范围是-128~127以及strlen的用法strlen在找的时候是以字节为单位的
#include
unsigned char i = 0;
//unsigned char 类型取值范围是0~255
int main()
{
for(i = 0;i{
printf("hello worldn");
}
return 0;
}
程序死循环
了解了整型在内存中的存储，那么浮点型是如何存储的呢
3.浮点型在内存中的存储
常见的浮点数：
3.141591E10 即1.0×10^10浮点数家族包括： float、double、long double 类型。浮点数表示的范围：float.h中定义
3.1 一个例子
浮点数存储的例子：
int main()
{
int n = 9;
float *pFloat = (float *)&n;
printf("n的值为：%dn",n);
printf("*pFloat的值为：%fn",*pFloat);
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为：%dn",n);
printf("*pFloat的值为：%fn",*pFloat);
return 0; }
运行结果如下：
3.2 浮点数存储规则
num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？要理解这个结果，一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。详细解读：
浮点数在计算机内部的表示方法
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。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。
实例：
关于浮点型权重的介绍：
:star:有些浮点数在内存中是无法精确保存的
如浮点数3.3，根据上面的权重我们很难将其凑整，只能无限逼近，而内存空间是有限的，无法满足无限逼近，这就是浮点型会丢失精度的原因。
IEEE 754规定：对于32位的浮点数，最高的1位是符号位s，接着的8位是指数E，剩下的23位为有效数字M。
对于64位的浮点数，最高的1位是符号位S，接着的11位是指数E，剩下的52位为有效数字M。
IEEE 754对有效数字M和指数E的特别规定。
- M前面说过， 1≤MIEEE 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。
- E
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0255；如果E为11位，它的取值范围为02047。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。
实例：
指数E从内存中取出的三种情况：
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
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）；
好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里。
解释前面的题目：
下面，让我们回到一开始的问题：为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 ？
#include
int main()
{
int n = 9; //&n --> int*
//
//[00000000000000000000000000001001] - 9的补码
//
float* pFloat = (float*)&n;
printf("n的值为：%dn", n); //1 9
printf("*pFloat的值为：%fn", *pFloat); //2 0.000000
//0 00000000 00000000000000000001001 E全为0，E为1-127=-126，读取不加1
//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^-126
//只能输出小数点后六位
*pFloat = 9.0;
//9.0
//1001.0
//1.001 * 2^3
//(-1)^0 * 1.001 *2^3
// 这里的E=3+127=130
//0 10000010 00100000000000000000000
//S E M
//0 10000010 00100000000000000000000 这里输出的是整型，所以按照整型规则输出，正数原，反，补码相同
printf("num的值为：%dn", n); //3 1,091,567,616
printf("*pFloat的值为：%fn", *pFloat); //4 9.0
return 0;
}
如上首先，将 0x00000009 拆分，得到第一位符号位s=0，后面8位的指数 E=00000000 ，最后23位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。
9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
由于指数E全为0，所以符合上一节的第二种情况。因此，浮点数V就写成：V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2(-126)=1.001×2(-146)显然，V是一个很小的接近于0的正数，所以用十进制小数表示就是0.000000。再看例题的第二部分。请问浮点数9.0，如何用二进制表示？还原成十进制又是多少？首先，浮点数9.0等于二进制的1001.0，即1.001×2^3
9.0 -> 1001.0 ->(-1)01.00123 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130
那么，第一位的符号位s=0，有效数字M等于001后面再加20个0，凑满23位，指数E等于3+127=130，即10000010。所以，写成二进制形式，应该是s+E+M，即
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
这个32位的二进制数，还原成十进制，正是 1091567616
结语：
铁铁们，介绍到这里本章内容就结束了，如果小伙伴还有不理解的内容，也不要担心，毕竟学习是一个循序渐进的过程嘛文章中某些内容我们之前有介绍，所以只是一笔带过，还请谅解。希望以上内容对大家有所帮助👀，如有不足望指出🙏
服务器托管，北京服务器托管，服务器租用 http://www.fwqtg.net
机房租用，北京机房租用，IDC机房托管， http://www.e1idc.net
