[C语言]深度剖析数据在内存中的存储

我会带着你远行 2022-11-19 01:19 155阅读 0赞

### 目录 ###

*  一. 什么是大小端
 *   *  1. 为什么要有大小端
     *  2. 大小端
     *  3. 如何通过程序判断计算机为大端还是小端存储
 *  二. 整型在内存中的存储
 *   *  存储方式
 *  三. 浮点数在内存中的存储方式
 *   *  1. 定义
     *  2. 如何存储
     *  3. 剖析代码

# 一. 什么是大小端 #

## 1. 为什么要有大小端 ##

因为计算机系统中，以字节为单位，每个地址单元都对应着一个字节，当计算机存储数据时，每一位地址都对应着一个字节，比如int，short，float都会占用超过一个字节的空间，所以就存在着按照什么顺序存放的问题。这就引出了大小端问题。

## 2. 大小端 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzcxNzUyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

1.  大端存储：数据的低位保存在内存的高地址处。
2.  小端模式：数据的低位保存在内存的低地址处。  
    在win32平台下一般都采用小端存储方式。

## 3. 如何通过程序判断计算机为大端还是小端存储 ##

#include <stdio.h>
    
    // 取出数值在地址最低位数据判断 
    int check_smallorbig()
    { 
    	int num = 1;
    	char* ch = (char*)&num;
    
    	return *ch & 0x01;
    }
    
    // 或者利用共用体 共用同一块空间的性质
    int checkByUnion()
    { 
    	union
    	{ 
    		int num;
    		char ch;
    	}un;
    
    	un.num = 1;
    
    	return un.ch;
    }
    
    int main()
    { 
    	//int ret = check_smallorbig();
    	int ret = checkByUnion();
    
    	if (ret == 1)
    	{ 
    		printf("small");
    	}
    	else
    	{ 
    		printf("big");
    	}
    
    	return 0;
    }

# 二. 整型在内存中的存储 #

## 存储方式 ##

整型在内存中都是通过二进制补码形式进行存储。(在这里我们默认int为4个字节)  
![在这里插入图片描述][20210414000107784.PNG_pic_center]

eg:

int a = 10;
    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010	     a的补码
    
    int b = -10;
    1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010     -10的原码
    1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0101     -10的反码
    1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110     -10的补码

# 三. 浮点数在内存中的存储方式 #

## 1. 定义 ##

任何一个二进制浮点数可以表示成下面这种形式:

· (-1)^S * M * 2^E
    · (-1)^S 表示符号位，S=0 V为正数，S=1 V为负数 
    · M表示有效位数   1 <= M <= 2;
    · 2^E表示指数
    其中 S: 1bit   E: 8bit    M: 23bit

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzcxNzUyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 2. 如何存储 ##

例如：float a = 10.25;

1. a的二进制形式: 1010.01
    2. 还可以表示成: 1.01001 * 2^3;  (任何小数都可以表示为指数形式)
    3. 带入上述公式: (-1)^0 * 1.01001 * 2^3
    4. 得到: S = 0    E = 3   M = 1.01001

根据规定，在计算机内部保存时，M的整数位总是为1，所以可舍去，仅保存小数点后的位数，以提高存储能力。  
  E为无符号整数，但是指数存在负数情况，E为8位，取值范围为0~255，所以E在存入内存时必须加一个中间数127;  
所以上述结果表示为: *E: 3+127 = 1000 0010 ; M: 01001*

结果为:  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzcxNzUyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
上述结果会在计算机中按照小端方式显示。  
![在这里插入图片描述][20210414161131695.png]

## 3. 剖析代码 ##

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;
    }

结果为什么会是这样？  
![在这里插入图片描述][2021041509163462.png]  
解析：  
  通过上述概念我们可知，9作为浮点数在内存中的存储形式为：

//9.0	 	十进制
    //1001.0    二进制
    //(-1)^0 * 1.001 * 2^3
    //S=0   M=1.001   E=3
    //0 1000 0010 001 0000 0000 0000 0000 0000
    //0100 0001 0001 0000 0000 0000 0000 0000

显而易见整型数和浮点数读取的形式不同，所以才造成了以上的结果。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzcxNzUyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221022/594c2eadac664d84b44d9ad7a314b8bb.png
[20210414000107784.PNG_pic_center]: /images/20221022/1df97a2522fd425a8cf4eee8c2203915.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzcxNzUyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221022/b498a942d0d74805bff6bde90ad0f9f6.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzcxNzUyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221022/00bdbe7d916c4eedb68a1bf8aeec4eac.png
[20210414161131695.png]: /images/20221022/e02d6d0cd93744aa95d8efabcb16d004.png
[2021041509163462.png]: /images/20221022/83e1fed1c4ab418c90d584cf95cc7914.png