数据在内存中的存储逻辑（打得手累版）

数据在内存中的存储

这期博客咱们来讲一讲数据在内存中是如何存储的呢，这期较难，博主在理解的时候也是几近崩溃，今天给大家讲三个内容

1. 字节在存放中有大小端之分
2. 整数在内存中的存储
3. 浮点数在内存中的存储

字节在内存中存放有大小端之分

咱们先确定一个事实，就是：整数在内存中都是以补码的形式存储的，那么为什么呢？这里引用一下别的文献

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。
其实这个的话，了解一下即可

那么什么是大小端呢？我们先给一段代码

int main()
{
   int a = 0x11223344;//这是一个16进制的表达式，11表示一个字节，后面的223344也是，那么他们在内存中的地址排序，是否也是按照从小到大的排序方式排序11  22  33   44呢？
}

接下来，我们调试一下看结果

我们可以看出，44居然排到了最前面（也就是低地址处），相反，11排到了高地址处。这里，要普及一个概念
0x11223344，11在里面表示高位处，44表示最低位，就像一百一十一这个数字一样，最前面的1落于百位，所以属于高位，最后面的1落于个位，属于低位所以上述的代码调试截图，表达的就是0x11223344的低位（也就是44）落到了地址的地位，这，就叫做小端排序，俗称“低位落低位”，相反，如果0x11223344中的地位（也就是44）落到了地址中的高位，也就是地址的最右边，这，就叫做大端排序，俗称“低位落高位”

那么，我们该进行怎么的操作，才能确认我们的编译器是属于大端还是小端？这就需要借助我们前面所学的指针知识了！

int main()
{
    int a = 0x00000001;//假设a为1,如果为大端则排序为00  00  00  01，如果为小端，则为01  00  00  00
    int * p = &a;//定义p指针变量，指向a这个整型数据
    ((char *)p) = 0;
    return 0；
}

将p强制转换成char *指针，让其拥有一次只能操作一个字节的权限，如果修改之后，a变成了0，就说明p将最左边01修改成了00，则证明是小端，修改后如果还是等于0，则说明p修改的是最左边的00，则证明是大端

整数在内存中的存储

这里其实我们要分为有符号和无符号两种不同的情况来讨论
这里先给大家将一下，为什么char的取值范围为-128~127？
众所周知，char是8个字节那么就从0000 0000说起，这是代表0
0000 0001这是代表1
0000 0010这是代表2，…以此类推，直到
0111 1111这是代表127

有人问这里为什么最高位不能是1，因为这个最高位是符号位，符号位是0代表的是正数，所以正数的上限只能是127，往上加就变成负数了，请跟着我的思路一起来
127往上+1就变成了1000 0000，符号位为1就是负数了，而我们都知道，整数在内存中以补码的形式存储，而打印的却是它的原码，所以我们要把1000 0000转化成原码，这里有个特殊规定，就是1000 0000强制规定为-128，

1000 0000，代表的是-128负数才有原反补概念
1000 0001，前面的往上+1，这里是补码，原码是1111 1111，最高位为符号位 ，代表的是-127
1000 0010，前面的往上+1，这里是补码，原码是1111 1110，最高位为符号位，代表的是-126
最终，会加到1111 1111，这里是补码，原码是1000 0001，最高位位符号位，代表的是-1
1111 1111+1会等于1 0000 0000，char类型只存放1个字节（也就是8个比特位），所以又回到了0，跟上面形成循环了

很遗憾的是，上面讲的是有符号的char，也就是最高位符号位要空出来表示“符号”，真正在发挥作用的只有7个位数，那么无符号char呢？在我讲完上面的这段话之后，你应该有了一点自己的了解了吧

我们将上面的一些讲解复制下来

0000 0001这是代表1
0000 0010这是代表2，…以此类推，直到
0111 1111这是代表127
在0111 1111基础上+1
就变成了1000 0000，在上面的例子中，1000 0000，是负数，而负数要经过转换才能变成原码，但这是有符号char的做法，而无符号char呢？管你有无符号，通通无符号，也就是说1000 0000 直接当作126 最高位的符号位充当数值位，再往上+1呢，
1000 0001，代表的是127
1000 0010，代表的是128
最终，加到了1111 1111，代表的就是255，再往上加就是1 0000 0000，而char只能取8个比特位，所以无符号的char最高只能取到255，
所以unsigned char 的取值范围位0~255

上面的例子换成int型，unsigened int也同样适用，这就是整型在内存中是如何存储的。

浮点数在内存中的存储形式

浮点数就是带有小数点的数，比如5.5，3.14都是我们所熟悉的浮点数，前面的整数我们都知道是以补码的形式在内存中存储的，那么浮点数呢？

有一个公式：V = (−1)(S)* M * 2（E）,括号里面代表的是几次方，例如（-1）（S）就代表(-1)的S次方，2
（E）就代表2的E次方，需要强调的是，这个公式是适用于浮点数的二进制位表示方法的，那么，二进制的浮点数不知道怎么表达怎么办？博主来教你们

这里下面，咱将一下浮点数转换为二进制的做法

拿5.5举例
（1）小数点前的数字，直接转换成二进制，5用二进制表示就是101
（2）小数点后的数字，也就是0.5。我们知道0000 0000，最低位的0，也就是加粗的0，所代表的权重是2的0次方，每次往左，就会增加一次权重，0000 0000，这一位的权重就是2的1次方。那么小数点后的第一位，它的权重就是2的（-1）次方，刚好就是1/2，也就是0.5所以，0.5用二进制来表示就是.1
（3）将小数点前的二进制与小数点后的二进制凑起来，就变成了101.1

这就是5.5的二进制表示方法，为101.1，所以计算机是将101.1这个二进制数存到内存当中，接下来，我们看看计算机是如何操作的。

咱们从小学就认识了科学计数法，上面的浮点数也能转化成科学计数法，101.1用科学计数法表示为1.011*2的三次方，咱们小学的是10的n次方，是因为小学接触的数字都是10进制数字，所以小学的时候科学计数法才是乘以10的n次方，但是咱们现在写的是二进制数字，所以是2的n次方。

int main()
{
  float a = 5.5;//5.5转换成二进制为101.1
  return 0；
}

1.0112的三次方，前面我们讲到的公式：V = (−1)(S) M * 2（E），在这里可以提取出两个，M代表的是有效数字，也就是1.0112的三次方中的1.011，E就是1.0112的三次方中的三，S就是符号位，5.5是大于0的，所以是正数，S取0；

所以，5.5用上面的公式表示为：（-1）（0）*1.011 *2（3），S = 0,M = 1.011,E = 3,接下来，我们把这三个有重要数字存入到内存中

一个float为4个字节，也就是32个比特位，跟着我的步伐
0 00000000 0000000 00000000 00000000
我将32个比特位分成了三块
(1.)第一块（也就是最左边那个位），用来充当的符号为，也就是S的值，S存0，代表浮点数是个正浮点数，S存1，代表浮点数是个负浮点数
(2.)第二块（也就是中间那八个比特位），用来存放E的值，也就是2的E次方里面的E的值，八个比特位，最大值可以达到255，2的16次方就已经到了42亿多了，所以255是完全没有必要的，而且都是正的，2的负数次方呢？所以这八个比特位也有一部分要来存放负数的E，所以规定：里面的存储值=真实值+127，也就是说E的真实值最大也就为128（128=255-127），最低的值为-127，存储值最低也就0，所以真实值最低也就-127，因为这个E是无符号的，
（3.）第三块（右边最大的那一块比特位），用来存放有效数字，也就是1.xxxxxx，但是所有的浮点数转换成二进制的有效数字全都是1.xxxxx，C语言就规定了，把1.xxxx中的1.去掉了，只保留xxxx存入内存中，等到要取出来的时候，再把1.加上

讲了这么多，我们重新把5.5这个浮点数的重要数字拿出来，S=0，M = 1.011,E = 3
所以5.5存入到内存中的表达形式是
0 10000010 01100000000000000000000存储到内存中的
S E+127 011存进去，不够用0补充

上面讲的是浮点数存入内存的逻辑，下面要讲取出来的逻辑，其实也是挺好理解的

下面是浮点数取出来的逻辑

（1）E有0也有1
这是最正常的情况，按照上面的情况取出来就行
（2）E为全0的情况（E为1-126或者1-1023）
有效数字：直接0.xxxxxxx，不再加上1.。从而表示正负0，以及接近0的很小的数字
（3）E全为1
E全为1，存储值达到了惊人的255，即使真实值也就128，但是1.xxxxx乘上2的128次方是一个接近无穷的数
所以E全为1为了表示无穷大的数

自此，整数在内存中的存储就讲完啦。大家有什么疑问的可以私信博主，博主免费为大家尽自己全力解答，嘻嘻！！！！！！！