??前面的話??

博主在揭開C語言神秘的面紗，簡單的C語言程式已經簡單的介紹了了C語言中一些簡單的資料型別，在本篇文章中我們繼續深入C語言中的結構型別，了解整型資料，浮點型資料在記憶體中究竟是怎樣儲存的，

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1. 回顧C語言資料型別

在C語言中基本常見的資料型別有：
char short int long long long float double等等，
現在我們來將C語言中資料型別系統地分一分類，大致可以分為以下幾類：整型 浮點 自定義構造 指標 空，

1.1整型資料型別

🍒字符型char
signed char
unsigned char
🍒短整型short
signed short
unsigned short
🍒整型int
signed short
unsigned int
🍒長整形long
signed long [int]
unsigned long [int]

對于未標明是否帶符號的資料型別，比如就單說int char short long …，一般情況下默認為有符號型，這個具體得看編譯器，大部分編譯器是默認為有符號型，所以本文所有未說明是否帶符號的型別通通默認為帶符號型別，

1.2浮點型資料型別

🍒單精度浮點型：float
🍒雙精度浮點型：double

1.3自定義構造型資料型別

🍒陣列：array[ ]
🍒結構體：struct
🍒聯合：union
🍒列舉：enum

1.4指標型資料型別

🍒整型指標：int*
🍒字符指標：char*
🍒短整型指標：short*
🍒長整型指標：long*
🍒單精度浮點指標：float*
🍒雙精度浮點指標：double*
🍒結構體指標：struct*
🍒萬能指標：void*

1.5空型資料型別

🍒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，

2. 整形在記憶體中的存盤

我們已經知道整型int在記憶體中占四個位元組，但它究竟是怎樣儲存的呢？我們一探究竟，

2.1原碼，反碼，補碼的概念

計算機中的整數有三種表示方法，即原碼、反碼和補碼，
三種表示方法均有符號位和數值位兩部分，符號位都是用0表示“正”，用1表示“負”，而數值位負整數的三種表示方法各不相同，

🍓原碼，就是二進制定點表示法，原碼表示法在數值前面增加了一位符號位，正數該位為0，負數該位為1，其余位表示數值的大小，即最高位為符號位，0表示正，1表示負，其余位表示數值的大小，

🍓反碼，是數值存盤的一種，多應用于系統環境設定，將原碼除符號位外其他位取反就能得到反碼，

🍓補碼，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，將反碼加上1就是補碼，

正整數的原碼，反碼，補碼都相同，負數三者均不同，三者轉換關系為原碼除符號位取反得反碼，反碼加上1就是補碼，
對整型資料來說記憶體中存放的是補碼，

2.2 大小端位元組序介紹及判斷

🍉大端模式，是指資料的高位元組保存在記憶體的低地址中，而資料的低位元組保存在記憶體的高地址中，這樣的存盤模式有點兒類似于把資料當作字串順序處理:地址由小向大增加，而資料從高位往低位放;這和我們的閱讀習慣一致，

🍉小端模式，是指資料的高位元組保存在記憶體的高地址中，而資料的低位元組保存在記憶體的低地址中，這種存盤模式將地址的高低和資料位權有效地結合起來，高地址部分權值高，低地址部分權值低，

比如數字16，將記憶體中的二進制碼轉換成16進制就是00 00 00 10，假設有四個地址0x009FFA60 0x009FFA61 0x009FFA62 0x009FFA63，
如果是大端位元組序進行儲存，則儲存順序如下：

如果是小端位元組序進行儲存，則儲存順序如下：

🍉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位元組，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，
🍉總結：整型資料大端模式儲存，高位在低地址，低位在高地址，小端模式儲存則相反，高位在高地址，低位在低地址，
🍉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，

//判斷是大端還是小端儲存
#include <stdio.h>
int check()
{
	int i = 1;
	//1的十六進序列為 00 00 00 01
	//使用char*的方式訪問&i的空間，如果是1，說明低位存盤在低地址，為小端，
	//如果是0，說明高位存盤在低地址，為大端，
	return *((char*)&i);
}
int main()
{
	int ret = check();

	if (ret)
		printf("小端!\n");
	else
		printf("大端!\n");
	return 0;
}

2.3小試牛刀

🌽小試牛刀1：下面程式會輸出什么？

#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; 
}

🔑：a為char型-1默認為有符號型，它的二進制原碼為1000 0001 ，記憶體中儲存的為補碼所以先要轉成補碼，除最高位取反得反碼1111 1110，加1的補碼1111 1111，在輸出的時候以%d形式輸出，程序中會發生整型提升（對于不了解整型提升的小伙伴可以閱讀博主的一篇文章C語言中奇妙又有趣的符號——運算子(運算子）！C語言運算（操作）符最全集合（建議收藏）最后3.1.2部分，那里有說明整型提升），a的補碼會先整型提升為1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，它的原碼為1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001為數字-1，b為有符號型char型-1，所以結果與a一致，為-1，c為無符號char型，值為-1，記憶體中存為補碼，無符號型整數類原碼，反碼，補碼相同，-1補碼為1111 1111，同理以%d形式輸出需先進行整型提升，無符號型整型提升統一補0，所以c整型提升后補碼為0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111，因為原反補碼相同，所以原碼也是補碼，所以輸出c的值為255，
💡運行結果：

a=-1,b=-1,c=255
D:\gtee\C-learning-code-and-project\test_810\Debug\test_810.exe (行程 30452)已退出，代碼為 0，
按任意鍵關閉此視窗. . .

🌽小試牛刀2：下面程式會輸出什么？

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

🔑:a為有符號char型，值為-128,它比較特殊，在計算機內的補碼為1000 0000，當以%u形式列印時會發生整型提升，補碼會變為1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000，因為是以無符號型整數輸出，無符號整型原反補碼相同，通過計算器可以得出輸出的值為4294967168，
💡運行結果：

4294967168

D:\gtee\C-learning-code-and-project\test_810\Debug\test_810.exe (行程 38812)已退出，代碼為 0，
按任意鍵關閉此視窗. . .

🌽小試牛刀3：下面程式會輸出什么？

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

🔑:有符號char型的范圍為-128 到127，a為有符號char型，賦值128明顯超出資料范圍了,整數128的二進制序列為0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000將此值賦值給a時會發生截斷，所以儲存在a中的補碼為1000 0000，這樣的話就和小試牛刀2那題一模一樣了，所以結果會輸出4294967168，
💡運行結果：

4294967168

D:\gtee\C-learning-code-and-project\test_810\Debug\test_810.exe (行程 37444)已退出，代碼為 0，
按任意鍵關閉此視窗. . .

🌽小試牛刀4：下面程式會輸出什么？

#include <stdio.h>
int main()
{
	int i= -20;
	unsigned  int  j = 10;
	printf("%d\n", i+j); 
	return 0;
}
//按照補碼的形式進行運算，最后格式化成為有符號整數

🔑:i為有符號整型，值為-20，二進制原碼為1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0100除符號位取反加一得補碼1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1100
j為無符號型整數，值為10，原碼補碼相同，補碼為0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010，將倆個補碼相加得i+j的補碼1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110，以%d形式輸出，由于符號位為1所以需計算原碼，減一取反后得1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010，為數字-10，
💡運行結果：

-10

D:\gtee\C-learning-code-and-project\test_810\Debug\test_810.exe (行程 27368)已退出，代碼為 0，
按任意鍵關閉此視窗. . .

🌽小試牛刀5：下面程式會輸出什么？

#include <stdio.h>
int main()
{
	unsigned int i;
	for(i = 9; i >= 0; i--) 
	{
    	printf("%u\n",i);
	}
	return 0;
}

🔑:i為無符號整型，范圍為0~2^32 -1,所以這個i隨著for回圈到0后再減減，i在記憶體中儲存的補碼為1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111，由于無符號整型原反補碼相同，所以i實際值是一個非常大的數，因此這個回圈為死回圈，因為i永遠不會小于0，回圈永遠跳不出去，

🌽小試牛刀6：下面程式會輸出什么？

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

🔑:定義了一個元素為有符號型char大小為1000的陣列a，有符號char型別的范圍為-128~127,strlen函式遇到\0后才會停止計數，\0的ASCII碼為0，所以strlen會計算從開始到陣列a中第一個0的地方，

整數i從0開始增加，則陣列a內的元素隨著下標增大會減小，初始值為-1，所以就相當于繞著如圖這個圈逆時針旋轉，陣列a中首個0出現時，i應該為128+127=255，所以strlen能夠計算在i為0~254所對應字符陣列a的字符長度，即255，
根據這個圖我們可以類推其他型別的整數的范圍，以及超出范圍后會一樣進行一個類似的回圈進行資料值的‘轉換’，
💡運行結果：

255
D:\gtee\C-learning-code-and-project\test_810\Debug\test_810.exe (行程 42544)已退出，代碼為 0，
按任意鍵關閉此視窗. . .

🌽小試牛刀7：下面程式會輸出什么？

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

🔑:無符號char型別的范圍為0 ~ 255,i是一個無符號char型別，無論i怎么加加，它的有效值一定在0 ~ 255范圍內，而回圈能進行的條件就是i的值在0 ~ 255所以這是一個死回圈，會一直輸出hello world，

3. 浮點型在記憶體中的存盤

進入正題之前先來看一道例題，通過這道題來引出浮點數在記憶體中究竟是這么存盤的，
🌽例題：下面程式會輸出什么？

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

如果你不知道浮點數在記憶體中怎么存盤的，你可能會覺得會輸出：

n的值為：9
*pFloat的值為：9.000000
num的值為：9
*pFloat的值為：9.000000

但是，實際上會得出以下結果：

n的值為：9
*pFloat的值為：0.000000
num的值為：1091567616
*pFloat的值為：9.000000

D:\gtee\C-learning-code-and-project\test_810\Debug\test_810.exe (行程 3232)已退出，代碼為 0，
按任意鍵關閉此視窗. . .

那是為什么呢？要解釋這個問題就要弄清楚浮點數在記憶體中的儲存方式，

💡根據國際標準IEEE（電氣和電子工程協會） 754，任意一個二進制浮點數V可以表示成下面的形式：
(-1)^S * M * 2^E
(-1)^s表示符號位，當s=0，V為正數；當s=1，V為負數，
M表示有效數字，大于等于1，小于2，
2^E表示指數位，

舉例來說： 十進制的5.0，寫成二進制是101.0，相當于 1.01×2^2 ， 那么，按照上面V的格式，可以得出s=0，
M=1.01，E=2，
十進制的-5.0，寫成二進制是-101.0 ，相當于-1.01×2^2，那么，s=1，M=1.01，E=2，

💡IEEE 754規定： 對于32位的浮點數，最高的1位是符號位S，接著的8位是指數E，剩下的23位為有效數字M，

對于64位的浮點數，最高的1位是符號位S，接著的11位是指數E，剩下的52位為有效數字M，

IEEE 754對有效數字M和指數E，還有一些特別規定， 前面說過， 1≤M<2 ，也就是說，M可以寫成 1.xxxxxx的形式，其中xxxxxx表示小數部分，
IEEE 754規定，在計算機內部保存M時，默認這個數的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分，
比如保存1.01的時候，只保存01，等到讀取的時候，再把第一位的1加上去，這樣做的目的，是節省1位有效數字，
以32位浮點數為例，留給M只有23位，將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數字，
至于指數E，情況就比較復雜，
首先，E為一個無符號整數（unsigned int） 這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0~255；如果E為11位，它的取值范圍為0~2047，但是，我們知道，科學計數法中的E是可以出現負數的，所以IEEE 754規定，存入記憶體時E的真實值必須再加上一個中間數，對于8位的E，這個中間數是127；對于11位的E，這個中間數是1023，比如，2^10的E 是10，所以保存成32位浮點數時，必須保存成10+127=137，即10001001，

指數E從記憶體中取出還可以再分成三種情況：
🍇E不全為0或不全為1
這時，浮點數就采用下面的規則表示，即指數E的計算值減去127（1023），得到真實值，再將有效數字M前加上第一位的1， 比如： 0.5（1/2）的二進制形式為0.1，由于規定正數部分必須為1，即將小數點右移1位，則為1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127=126，表示為01111110，而尾數1.0去掉整數部分為0，補齊0到23位00000000000000000000000，則其二進制表示形式為: 0 01111110 00000000000000000000000，
🍇E全為0
這時，浮點數的指數E等于1-127（或者1-1023）即為真實值， 有效數字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數，這樣做是為了表示±0，以及接近于0的很小的數字，
🍇E全為1
這時，如果有效數字M全為0，表示±無窮大（正負取決于符號位s），

下面，讓我們回到一開始的問題：為什么 0x00000009 還原成浮點數，就成了0.000000？ 首先，將 0x00000009 拆分，得到第一位符號位s=0，后面8位的指數E=00000000 ，最后23位的有效數字M=000 0000 0000 0000 0000 1001，

9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

由于指數E全為0，所以符合上一節的第二種情況，因此，浮點數V就寫成： V=(-1)^0 ×0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)顯然，V是一個很小的接近于0的正數，所以用十進制小數表示就是0.000000，

再看例題的第二部分， 請問浮點數9.0，如何用二進制表示？還原成十進制又是多少？ 首先，浮點數9.0等于二進制的1001.0，即1.001×2^3，

9.0 -> 1001.0 ->(-1)^01.0012^3 -> s=0, M=1.001,E=3+127=130

那么，第一位的符號位s=0，有效數字M等于001后面再加20個0，湊滿23位，指數E等于3+127=130，即10000010， 所以，寫成二進制形式，應該是s+E+M，即

0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

這個32位的二進制數，還原成十進制，正是1091567616，