【C语言/知识整理/期末复习】数据在内存中的存储（附思维导图）

一、整数在内存中的存储

（1）知识回顾

• 整数的2进制表⽰⽅法有三种，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”，⽽数值位最⾼位的⼀位是被当做符号位，剩余的都是数值位。

（2）正整数在内存中的存储

• 正整数的原、反、补码都相同。

（3）负整数在内存中的存储

• 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得到的就是原码。
• 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。

（4）举例
 

（5）深入理解

• 对于整型：数据存放内存中的是补码。
• 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。

二、⼤⼩端字节序和字节序判断

（1）什么是大小端

• 超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候，就有存储顺序的问题，按照不同的存储顺序，我们分 为⼤端字节序存储和⼩端字节序存储。
• ⼤端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的⾼地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的低地址处。
• ⼩端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的⾼地址处。
  

（2）为什么要有大小端

• 在计算机系统中，以字节为单位，每个地址单元都对应着⼀个字节，⼀个字节为8 bit 位。
• 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。
• eg.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 （51单片机）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）练习

①写一个代码判断当前机器是大端还是小端？

 

#include

int main()
{
	int a = 1;//0x 00 00 00 01
	char* p = (char*)&a;
	//取出a的地址
	//强制类型转换成char*后解引用，只取a的第一个字节的数据
	//如果取出的是1就是小端，取出的是0就是大端
	if (*p == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}

	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

三、 浮点数在内存中的存储

（1）存储方式

（2）举例理解

• ⼗进制的5.0，写成⼆进制是 101.0 ，相当于 1.01×2^2 。
• 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。
• 十进制的3.14进行存储时，会有精度问题

（3）深入理解

• 对于32位的浮点数，最⾼的1位存储符号位S，接着的8位存储指数E，剩下的23位存储有效数字M
• 对于64位的浮点数，最⾼的1位存储符号位S，接着的11位存储指数E，剩下的52位存储有效数字M
  

（4）浮点数存的过程

①M

• 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。

②E

• E为⼀个⽆符号整数（unsigned int）

• 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

（5）浮点数取的过程

①E不全为0或不全为1

• 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 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1.0*2^(-1)，其阶码为-1+127(中间值)=126，表⽰为01111110，⽽尾数1.0去掉整数部分为0，补⻬0到23位00000000000000000000000，则其⼆进制表⽰形式为:

②E全为0

• 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。

③E全为1

• 如果有效数字M全为0，表⽰±⽆穷⼤（正负取决于符号位s）；