整型数据在内存中的存储(C语言)

OnlyXxFly
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C语言的数据类型分类

数据类型示例
整型int,short,long
字符型char
浮点型float,double
构造类型int[],struct,enum
指针类型int* p
空类型void

整型数据在内存中的存储

既然一个变量的创建是要在内存中开辟空间的,那数据在所开辟内存中到底是如何存储的呢？

首先我们要知道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”

正数的数值位原、反、补码都相同.

负整数的三种表示方法各不相同.

名称方式示例(以int型32位地址为例)
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10000000_00000000_00000000_00110011
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11111111_11111111_11111111_11001100
补码反码+1就得到补码11111111_11111111_11111111_11001101

为什么会这样储存呢呢？

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。

示例(十进制数)二进制补码
300000000_00000000_00000000_00000011
-711111111_11111111_11111111_11111001
3+(-7)=(-4)11111111_11111111_11111111_11111100
1000000000_00000000_00000000_00001010
1200000000_00000000_00000000_00001100
10+12=2200000000_00000000_00000000_00010110
-611111111_11111111_11111111_11111010
-211111111_11111111_11111111_11111110
(-6)+(-2)=(-8)1_11111111_11111111_11111111_11111000

这里的1_11111111_11111111_11111111_11111000放入到int类型中会发生截断,存放前32位有效位.也就是11111111_11111111_11111111_11111000 是 (-8) 的补码.

我们可以发现根据补码直接加运算的结果都是我们想要的结果.这就体现了内存中为什么使用补码存放数据.

其他整形数据

上面讲到了int的数据存储方式,那其他的整型就大同小异了.想要将数据存放到char,short中,就会发生上面的截断.而他们运算的时候则会发生整型提升,在二进制前面补充符号位.用32位int型运算.运算结果在截断存放到内存中.

大小端问题

我们现在知道了整形数据在内存中是以补码的方式存储的.但是还有另一个问题,那就是大小端问题.

什么是大小端

(数据以字节为单位)

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.

那大小端对数据存储会有什么影响呢?

最根本的影响就是我们上面提到的截断.例如:

当我们强制类型转换存储时由于大小端存储模式的不同就会出现以上情况.

方式15的十六进制补码 强制类型转换为(char)结果(十六进制)
大端存储(内存低位)0\ (发生截断)00F(内存高位)0
小端存储(内存低位)F\ (发生截断)000(内存高位)F

原因是因为C语言中申请来的变量的地址是指向内存的低位的,当使用不同的存储方式时,截断会从变量地址指向的内存开始按照字节数截断.就会得到不同的结果了.

用一道面试题来结尾叭

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）

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.

(数据以字节为单位)

#include <stdio.h>
int check_sys()
{
    int i = 1;
    return (*(char *)&i);
}
int main()
{
    int ret = check_sys();
    if(ret == 1)
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }
    return 0;
}

那么你听懂了吗?

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