最近博主开学啦！更新节奏有点跟不上，这里做个检讨~

UU们开学感觉怎么样呢？见到同学或者舍友有没有很开心呢？又可以一起愉快地玩耍咯！

但是玩归玩，学习还是正事，话不多说，开始今天的内容。

在之前的内容中，我们已经把C语言的入门知识进行了一个全面的讲解，并介绍了一些实用的调试技巧，以及函数栈帧的创建和销毁，可以说对于C语言已经算是敲过开门砖了。

那么今天，我们就要开启深入学习C语言的旅程啦！首先解决C语言进阶第一问：数据在内存中是如何存储的？

当然，我们主要探讨的是整型和浮点型这两种类型。

数据类型

C语言中具以下几种基本内置类型：

这里说明一下：

• C语言的基本内置类型只的是C语言本身具有的类型，而库函数本身是不属于C语言的，是独立于C语言之外的。
• C语言是用来决定语言的语法形式的，而库函数是编译器的产商提供，当然库函数的使用是受C语言标准约束的（比如C语言标准规定了一些库函数的函数名、参数类型、返回值类型和函数功能）。
• 这样做的好处是虽然不同编译器实现函数的方式不一样，但是对于我们来说，在不同的编译器下使用函数的方式是一样的。
• 当然在有一些编译器中对一些库函数的支持提供得不是很好，比如在VS编译器下使用scanf函数就可能会报错，需要使用scanf_s。

由于字符类型在存储的时候是按照ASCII码值存储的，所以字符类型也属于整型家族中的一员。

前面我们已经学习了以上这么多的数据类型，并且了解了它们所占内存空间的大小。

我们还要明白，我们为什么要给数据分那么多的类型：

1. 我们生活中出了的数除了整数就是小数，所以为了更好地存储这两种类型，数据分为整型和浮点型两大类
2. 使用不同的类型时内存开辟的空间大小是不一样的（使用范围也不一样）。我们应该根据数据的大小选择合适的类型，如果选大了，则浪费空间；选小了，则数据无法完整存储。
3. 不同类型决定了我们看待空间时应该采用哪种视角。即对于内存中不同空间的类型存和取的方式是不一样的。

类型的基本归类

整型家族

• char
  unsigned char
  signed char
• short
  unsigned short [int]
  signed short [int]
• int
  unsigned int
  signed int
• long
  unsigned long [int]
  signed long [int]
  -long long
  unsigned long long [int]
  signed long long [int]

注意：



如何理解有符号和无符号：

以char类型举例：

这里也说明了不同类型决定了我们看待内存中的值时视角也不同。

同时，我们也可以由此推算出一个类型中最大能放一个多大的数字。

还是以char类型举例：

由此可以得出，有符号的char中可以存放的数的范围是 -128 ~ 127。

相同道理：

无符号的char中可以存放的数的范围是 0 ~ 255。

同理，我们可以得出short、int 、long等等类型的范围。

浮点型

float
double

这两种类型通常根据数据要求的精度来选择：精度高选择double类型（8个字节），精度低选择float类型（4个字节）。

一般我们更常选择float类型，但是记住噢~3.14默认是double类型哦！

构造类型

除了内置类型之外，还有构造类型，即可以自己创造的类型。

数组类型
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union

数组类型为什么也属于构造类型呢？

我们来看看数组的类型：

当我们定义的数组元素的类型和个数不同时，数组的类型也不同，可以通过sizeof反映出来，所以我们也说数组属于构造类型。

指针类型

int *pi
char *pc
float *pf
void *pv

空类型

void表示空类型（即无类型）
常用于函数的返回类型、函数参数和指针类型

这里说void作为函数参数是什么情况呢?

正常我们在调用函数的时候，如果这个函数不需要传参，则不写参数。

但是如果是一个不需要传参的函数，而我们又给它传参了，函数会怎样呢？在有的编译器中，会报错，但是有的编译器则会接受这种情况。

但是如果我们给参数加上一个void。编译器就会报错或者警告，告诉你不能传参啦！

整型在内存中的存储

我们知道，一个变量创建之后是要在内存中开辟空间的，那么这些变量在内存中到底是怎么存储的呢？

接下来我们就来看看~

首先看看整型在内存中是如何存储的。

我们知道，二进制中有符号的整数有原码、反码、补码三种表示方式。

这三种表示方式都有符号位和数值位两部分。

• 在符号位中，0表示“正”，1表示“负”。
• 在数值位中，正数的原、反、补码相同；负数的三种表示方法各不相同：
  原码：直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制。
  反码：将原码的符号位不变，其他位依次按位取反。
  补码：反码+1得到补码。

我们知道对于整型来说，内存中存放的是该数的补码。

在计算机系统中，数值一律用补码来表示和存储。

但是存放的是补码，而不是原码或者反码呢？

因为，使用补码可以将符号位和数值位作统一处理。

同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器）。

因此，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。

比如，我们想计算1-1。但是因为CUP只有加法运算，所以我们可以把表达式写成1+（-1）。

我们可以看到，用原码计算，得不出正确的结果。

但是如果用补码计算，情况就不一样了。

从上图的计算中，我们可以看出，使用补码可以直接对符号位和数值位同一进行处理。

这里有一个有意思的事情：

我们知道原码、反码和补码都是怎么得到的，那么计算一下我们会发现用同样的方法，我们也可以通过补码得到原码。

（不信你试着算一下！）

所以，由此我们可以看到用补码来存储的好处。

大小端字节序

定义

我们看到，a是一个十六进制的数，当我们在内存中查看它的存储情况时，可以发现，它的存放是从低地址开始放44 33 22 11。

对于它们在内存中的存放顺序，其实可以有很多种存放的方式。

但是如果大家都按照自己的想法来写，则整个存储就会乱套，而且如果我们不按照正常的顺序存储时，取出来要获得原来的数就比较麻烦，所以我们最后决定只以下两种存储顺序。

注意：这里的存储顺序是以字节为单位来讨论的。因此，也称字节序。

其中，上面的存储顺序称为小端字节序；下面的存储顺序称为大端字节序。

• 小端字节序存储
  把一个数的低位字节的内容，存储在内存的低地址出，把这个数的高位字节的内容，存储在内存的高地址处。
• 大端字节序存储
  把一个数的低位字节的内容，存储在内存的高地址出，把这个数的高位字节的内容，存储在内存的低地址处。

意义

那么，为什么在存储时还要有大小端之分呢？

这是因为在计算机系统中，内存空间的最小单元是一个字节。所以，如果我们存放的变量大小大于一个字节时，我们就不得考虑每个字节应该以何种顺序存放在内存中了。

那么我们当前的编译器是采取大端存储还是小端存储呢？

别着急，回头看看内存中的值的顺序，就能知道啦！

所以，我们当前编译器采用的是小端字节序。

百度曾经出过一道笔试题，让被试者设计一个程序来判断当前机器的字节序。

那么我们应该如何做呢？

我们用1来进行观察。

所以，我们只需要拿出第一个字节，看看里面存的是0还是1就知道了。

当然，我们要实现的是查看一个机器字节序的功能，所以这里我们最好把程序封装成一个函数。

浮点型在内存中的存储

看完了整数在内存中是怎么存储的，那么浮点型在内存中又是怎么存储的呢？

我们接下来就来看看。

首先我们常见的浮点数有：

小数：3.1425926
科学计数法：1E10（1.0*10¹⁰）

在浮点型中，我们有float和double两种类型。

而这两种类型的范围，我们用float.h来定义。

如果我们想看整数的最大值（最小值），我们就用INT_MAX（INT_MIN）;并在前面包含头文件。

然后我们就能看到int类型所能存放的最大值啦！

那么，浮点数所能存放的最大最小值是多少呢？

同理，我们可以用FLT_MAX（或者FLT_MIN、DBL_MAX等），引用头文件，然后转到定义。

就能得到他们的精度啦~

那么在内存中浮点数的存储和整数的存储是一样的吗？

我们可以先通过一段代码来进行验证。

那么如果浮点型的存储和整型不一样，它又是怎么存储的呢？

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，1≤M<2。
  2^E表示指数位。

我们以小数5.5来举例。

同理，我们可以写出9.0的表示形式：

我们会发现，其实任何一个浮点数都可以写成这种形式。

那么，只要我们把一个浮点数写成(-1)^S * M * 2^E这种形式，那么只要我们存储了S、M、E的信息，就能还原出浮点数的值了。

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位为符号位S，接着是11位的指数E，剩下的52位为有效数字M。

• 此外，IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

因为1≤M<2 即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，因此这个1和它后面的小数点可以被舍去，只保存后面的XXXXXX部分。

比如：当我们要保存1.01的时候，只需要保存01，等到读取的时候，再把前面的1.加上去。

这样，我们就节省了1位有效数字。

以32位浮点数（float）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，这样精度就得到了提高。

• 那么对于指数E来说，它又是怎么存进去的呢？

我们知道，对于指数E来说，它是可以去负数的，那么对于负数的E在存储的时候，我们又应该如何处理呢？

于是人们又想出了一个办法，不如给这个E加上一个中间数，让E即使是最小的负数，加上这个数之后也不会为负（等于0），那么就不会出现负数的情况了，只要我们取出来的时候再把这个中间数加上就行了。

这样，我们就可以把E作为一个无符号整数了。

如果E为8位，那么它的取值范围就是：0~255，那么它的中间数就是127。

对于11位的E，它的取值范围是0~2047，它的中间数就是1023。

比如：2¹⁰的E是10，所以保存成32位浮点数时，就保存成10+127=137，即10001001。

以5.5为例，我们可以在内存中看到它的存储。

并且我们可以发现，对于浮点数，它在内存中的存储也是有大小端的。

以上，我们就知道了浮点数在内存中是怎么存的了。
那么它又是怎么取出来的呢？

按道理，我们是怎么放进去的，就应该是怎么取出来的。但是由于指数E比较特别，所以再取出来时，又有一些特别的规定。

在内存中取出E时，我们有一下三种情况：

E不全为0或不全为1

这时，E是怎么存进来的，我们就按照原路取出来。

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)。

同理，反过来，我们可以通过这个二进制序列得到0.5。

E全为0

当E全为0的时候，说明浮点数的指数E等于-127，而2^-127是一个非常非常小的数，已经十分接近于0了。

所以这时候，我们就不再按照原来的计算方式，而是把浮点数的指数E直接记为1-127（或者1-1023）， 并且有效数字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，以及无穷接近于0的很小的数。

E全为1

当E全为1时，则得到的是255，减去127得到的是128，而2¹²⁸是一个非常大的数。所以这时，如果有效数字M全为0，则该数就表示±无穷大（正负取决于符号位S）

当我们了解完以上浮点型在内存中的存储规则之后，我们就可以理解之前哪个代码打印出来的值了。

今天的文章就到这里啦！~

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今天的代码都在这里咯！
https://gitee.com/fang-qiuhui/my-code/blob/4ab3bddffe0dc8e520fabbee219aa421f67d6c1b/blog_2021_8_30_data/blog_2021_8_30_data.cpp