前言

資料在記憶體中到底是怎么存盤的呢？相信看完這篇文章你的內功又會增加一點，

本文重點：

1. 資料型別詳細介紹

2. 整形在記憶體中的存盤：原碼、反碼、補碼

3. 大小端位元組序介紹及判斷

4. 浮點型在記憶體中的存盤決議

正文開始

我們大家最容易接觸的內置型別：

char //字符資料型別
short //短整型
int //整形
long //長整型
long long //更長的整形
float //單精度浮點數
double //雙精度浮點數

那么這些型別有什么意義呢?

1. 確認這些型別在記憶體開辟的空間大小，比如 int型別 4位元組
2. 看待記憶體的視角，int型別是整形，float型別是浮點型

型別的基本歸類

- 整形家族：

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

為什么char型別放在整形里面?

其實字符型別在底層存盤，存的是ASCII碼值，ASCII碼值也是整數

unsigne(無符號)

未來你要創建一個變數，變數只會存正數，沒有可能有負數的情況，那么你可以創建一個unsigne的型別

signed (有符號)

有符號位，也就是有正負之分

- 浮點型別家族：

float
double

- 構造型別家族（自定義型別）：

結構體型別 struct
列舉型別 enum
聯合型別 union
陣列型別

為什么陣列型別也是自定義型別?

定義一個陣列 int arr [10] ，我們知道陣列去掉它的陣列名剩下的就是型別了， int [10] <— 這個就是我們自定義的型別

---

定義int arr [ 5 ]，去掉陣列名int [5]，可以看見他們都是int型別，但是int [10]和int[5] 不一樣，所以說陣列型別也屬于自定義型別

- 指標型別：

float*p
char*p
void*p
int*p

- 空型別：

void 表示空型別（無型別）
通常應用于函式的回傳型別、函式的引數、指標型別，

整形在記憶體中的存盤

我們之前講過一個變數的創建是要在記憶體中開辟空間的，空間的大小是根據不同的型別而決定的，

那接下來我們談談資料在所開辟記憶體中到底是如何存盤的？

int a = -10;

問題一：看了上面的代碼我們知道 a 是int型別占4個位元組，那在如何存盤的呢？

首先我們要來了解下面的概念：

資料在記憶體中以二進制的形式存盤
計算機中的有符號數有三種表示方法，即原碼、反碼和補碼，

三種方法都有符號位和數值位

• 符號位 : 符號位都是用0表示“正”，用1表示“負”
• 數值位 : 數值位三種表示方法各不相同

對于整數來說：

整數的二進制有3種表示形式：原碼，反碼，補碼

正整數： 原碼，反碼，補碼相同

負整數： 原碼，反碼，補碼要進行計算

• 原碼：按照數值直接寫出來的二進制序列就是原碼

• 反碼：原碼的符號位不變，其他位按位取反，得到的就是反碼

• 補碼：反碼加1，就是補碼

好了，知道以上的一些概念，讓我們回到問題一看看我們的int a在記憶體是怎么存盤的

• 先編譯器取A的地址
  輸入&a 得到 f6 ff ff ff
  
  為什么是 f6 ff ff ff 呢?讓我們來按照上面的步驟來探究一下：

• 獲取a的原碼
  -10
  原碼：10000000 00000000 00000000 00001010
  

• 獲取a反碼
  反碼：11111111 11111111 11111111 11110101
  

• 獲取a的補碼
  反碼: 111111111 111111111 111111111 11110110

上面說到為什么是f6 ff ff ff
對于整形來說：資料存放記憶體中其實存放的是補碼，怎么證明呢？

可以看見把剛剛計算出來的補碼放在計算器里面得到的就是一個16進制的FFFFFFF6 ，只是順序有點倒過來了，不過的確可以證明對于整形來說：資料存放記憶體中其實存放的是補碼

問題二： 為什么要存補碼呢？為什么不存原碼呢?

在計算機系統中，數值一律用補碼來表示和存盤，原因在于，使用補碼，可以將符號位和數值域統一處理； 同
時，加法和減法也可以統一處理（CPU只有加法器）此外，補碼與原碼相互轉換，其運算程序是相同的，不需
要額外的硬體電路，

其實就是說補碼補碼相加才可以得到一個準確的數值，看不懂上面的？沒事

來個代碼：1-1 因為CPU只有加法器 , 所以就是1+(-1)

1-1

1+(-1)  （CPU只有加法器)

我們試一下 錯誤的：原碼相加會等到正確的值嗎？

1 的原反補相同：00000000 000000000 00000000 000000001
-1的原碼 : 10000000 000000000 00000000 000000001

二進制原碼相加:
00000000 00000000 00000000 00000001
10000000 00000000 00000000 00000001

得到下面這個數：
10000000 00000000 00000000 00000010
認為這個是正確的數，那我們讀出來就是 -2 了，1 - 1 = 0，最后是-2肯定是錯誤的，

我們試一下 正確的：補碼相加會等到正確的值嗎？

1的原反補相同：00000000 000000000 00000000 000000001

來算一下負1的補碼：

-1的原碼：10000000 00000000 00000000 00000001

-1的反碼：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110

-1的補碼：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

二個數的補碼相加：

得到 ：10000000 00000000 00000000 000000000
32個0，一個1 ，我們實際上只可以放32個二進制數，那個進1的那位要丟掉，所以最后得到全0，而 1-1 的 正確結果也是 0.

這就是為什么要補碼相加,而不是原碼，或者反碼相加的原因，

補碼與原碼相互轉換，其運算程序是相同的，不需要額外的硬體電路

這句話怎么理解呢？看下面的案列：

-1的補碼要是想得到原碼，可以反過來計算，補碼-1，然后按位取反就可以得到，

那其實還有一種方法可以驗證我們上面參考的話：

我們把補碼當原碼，在過一次計算一次依然可以得到我們的原碼.

是不是和上面的原碼一樣了,這就解釋了上面所說的話了，

大端小端

為什么要有大端小端：

為什么會有大小端模式之分呢？這是因為在計算機系統中，我們是以位元組為單位的，每個地址單元都對應著一
個位元組，一個位元組為8bit，但是在C語言中除了8bit的char之外，還有16bit的short型，32bit的long型（要看具
體的編譯器），另外，對于位數大于8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由于暫存器寬度大于一個字
節，那么必然存在著一個如果將多個位元組安排的問題，因此就導致了大端存盤模式和小端存盤模式，
例如一個 16bit 的 short 型 x ，在記憶體中的地址為 0x0010 ， x 的值為 0x1122 ，那么 0x11 為高位元組， 0x22
為低位元組，對于大端模式，就將 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中，小
端模式，剛好相反，我們常用的 X86 結構是小端模式，而 KEIL C51 則為大端模式，很多的ARM，DSP都為小
端模式，有些ARM處理器還可以由硬體來選擇是大端模式還是小端模式

啊這，太官方話了，，，， 簡單說就是你的數值大于一個位元組，就會有位元組存盤順序，所以要安排怎么把這些位元組按照什么順序放進去

什么是大端小端：

大端（存盤）模式：是指資料的低位保存在記憶體的高地址中，而資料的高位，保存在記憶體的低地址中；
小端（存盤）模式：是指資料的低位保存在記憶體的低地址中，而資料的高位,，保存在記憶體的高地址中，

來個代碼案列：

定義了一個變數：

來看一下這個a在本機是什么存盤模式，是大端存盤模式，還是小端存盤模式

我們畫個圖，模擬一下這個變數在記憶體中是怎么樣存盤的，

為什么說上面的是大端存盤模式，下面是小端存盤模式呢?

可以看見0x11223344 最后面的44是低位，然后在大端存盤模式下44是放在記憶體的高地址位，根據上面的概念可以得出，大端模式，低位在記憶體的高地址存盤就是大端模式，

為什么下面是小端存盤模式：
0x11223344 44是放在記憶體的低地址處，根據上面的概念可以得出，小端模式，低位在記憶體的低地址存盤就是小端模式，

那么我們當前的電腦上使用的是什么存盤模式呢?來讓我們一起看看

誒！！！大家可以看見原來在本機上使用的是小端存盤！

還記得這個FFFF FFF6嗎，也是小端存盤模式，所以說為什么有時候看記憶體是倒著的，就是因為這個大小端原因，

來做一道百度2015年的筆試題：

請簡述大端位元組序和小端位元組序的概念，設計一個小程式來判斷當前機器的位元組序，（10分）

答案：簡述的概念我們就不講了，來看一下小程式吧

思路：我們只要判斷第一個位元組是小端應該出現的位元組就是小端，是大端應該出現的位元組就是大端，

我們先看一下1在小端記憶體是怎么表示的：

可以看見第一個位元組是01 也就是1 所以我們代碼看一下寫成這樣判斷

int main()
{
	//寫代碼判斷當前位元組序
	int a = 1;     //在小端應該是這樣的存盤 01 00 00 00
	char* b =(char*) &a;  //取出第一個位元組的內容 
	if (*b==1) {
		printf("小端");

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

也可以寫成函式的那樣：

int check_sys()
{
	int a = 1; 
	return (*(char*)&a);  //因為回傳的是1 或者0 也是&a的內容 所以可以直接rerunt
}
int main()
{
	int ret  =	check_sys();
	if (ret == 1 )
	{
		printf("小端");

	}
	else
	{
		printf("大端");

	}
	return 0;
}

做題目鞏固

第一題：

1.
//輸出什么？
#include <stdio.h>
int main()
{
char a= -1;
signed char b=-1;
unsigned char c=-1;
printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);
return 0;
}

答案：-1 ， -1 ，255

決議:（a）-1的由來

-1在記憶體中存的是補碼
-1的原碼:10000000000000000000000000000001
-1的反碼:11111111111111111111111111111110
-1的補碼:11111111111111111111111111111111
因為a是char型別只可以放8個bit為所以a里面應該存的是 8個1
再因為輸入列印是以%d型別列印的所以要發生整形提升，有符號位發生提升前面全補1
11111111變成11111111111111111111111111111111 —這個是補碼
還要變成原碼的方式輸出出去：

a的補碼11111111111111111111111111111
a的反碼11111111111111111111111111110
a的原碼10000000000000000000000000000001
最后列印的是原碼：-1

b其實也是一樣的有符號的-1

決議（c）255的由來
因為c是unsigned char型別只可以放8個bit為所以a里面應該存的是 8個1，
再因為輸入列印是以%d型別列印的所以要發生整形提升，無符號位發生提升前面全補0，

11111111變成00000000000000000000000011111111 —這個是補碼
看符號位是0，判斷它是一個正數，所以正數的原反補相同，最后已原碼列印出來的是8個1 也就是255

補充：char 到底是signed char 還是unsigned char ？
答：C語言標準并沒有規定，取決于編譯器
int 是 signed int

第二題：

2.
#include <stdio.h>
int main()
{
char a = -128;
printf("%u\n",a);
return 0;
}

答案是：4294967168

決議:

a的原碼：10000000000000000000000010000000
a的反碼：11111111111111111111111101111111
a的補碼：11111111111111111111111110000000

因為a是char型別，所以a里面存放的應該是8個bit位： 10000000
以%u形式輸出出來，要發生整形提升,看見a是char型別是有符號的，高位補1，得到：11111111111111111111111110000000，最后發現是以%u的型別列印出來，可%u是無符號型別，就意味著，這是個正數，正數的原反補相同，所以是168結尾的大數字

第三題:

#include <stdio.h>
int main()
{
char a = 128;
printf("%u\n",a);
return 0;
}

答案：4294967168

決議：和上面一樣
注意：char a =128， 其實a不可能放一個128,127后就是-128了

補充(char的取值范圍)

char取值范圍是：-128 ~ 127

為什么？

畫圖解釋一下：

char是8個bit位，所以在記憶體應該是這樣的：

因為01111111已經是最大的正數了，在加1最高位變成1的話，那就變成負數了，01111111 == 127，

如果01111111加1那么就變成了10000000，當然這個數并不是0，而是-128，遇見一個1，七個0都是-128，因為這里的二進制數不可以計算原反補碼了，但是其他的就不一樣，（負數是要進行原反補的）

補碼:11111110通過原反補的計算得到 -2
反碼：11111101 補碼減1得反碼
原碼：1000010 == -2 反碼取反得原碼

第四題：

int i= -20;
unsigned int j = 10;
printf("%d\n", i+j);

答案：-10
決議：求出-20 和 10的補碼相加 然后%d列印認為是有符號，還要計算出原碼列印出來，

i的原碼:10000000000000000000000000010100
i的反碼:11111111111111111111111111101011
i的補碼:11111111111111111111111111101100
j的補碼:00000000000000000000000000001010

因為%d列印的所以還要取出原碼

最終是-10

第五題

unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n",i);
}

答案：死回圈

決議: 因為i是一個無符號數字，對于一個無符號數字 最小是0，判斷條件剛好是大于等于0，所以恒成立“，所以死回圈

第六題

int main()
{
char a[1000];
int i;
for(i=0; i<1000; i++)
{
a[i] = -1-i;
}
printf("%d",strlen(a));
return 0;
}

答案 :255

決議：strlen找到 \0 停止， 從-1 到 127 因為char的范圍是-128~127 所以128+127 = 255

第七題

#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
for(i = 0;i<=255;i++)
{
printf("hello world\n");
}
return 0;
}

答案: 死回圈
決議：無符號的char 取值符號是255 沒有正反區分，條件剛好是大于等于255 ，所以死回圈

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