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学C的第二十二天【深度剖析数据在内存中的存储：1. 数据类型介绍；2. 整型在内存中的存储】
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相关代码gitee自取：C语言学习日记: 加油努力 (gitee.com)
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1. 数据类型介绍
（1）. 基本的内置类型（C语言自带类型）：
char -- 字符数据类型 -- 1字节
short -- 短整型 -- 2字节
int -- 整型 -- 4字节
long -- 长整型 -- 4字节 或 8字节
sizeof(long) >= sizeof(int)
long long -- 更长的整型 -- 8字节
float -- 单精度浮点数 -- 4字节
double -- 双精度浮点数 -- 8字节
类型的意义：
1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）
2. C语言规定了：sizeof(long) >= sizeof(int)，所以long的大小可以是4字节或8字节
3. 把整型分为短整型、整型和长整型的原因：有些整型数据可能比较小，使用short就够了，如：年龄。short的范围：-32768 ~ 32767。
4. 对于整型类型，还分为 有符号(signed) 和 无符号(unsigned)
（2）. 类型的基本归类：
整型类型：（只有整型分有符号和无符号）
char：
unsigned char
signed char
(字符存储时，存储的是ASCII码值，是整型，所以归类时把char放在整型类型中)
(直接写成 char 是 signed char 还是 unsigned char 是不确定的，取决于编译器)
short：
unsigned short [int]
signed short [int] == short [int]
( [int]通常会省略掉 )
int：
unsigned int
signed int == int
long
unsigned long [int]
signed long [int] == long [int]
( [int]通常会省略掉 )
long long
unsigned long long [int]
signed long long [int] == long long [int]
( [int]通常会省略掉 )
signed：二进制位的最高位是 符号位，其它位都是 数值位
unsigned：二进制位的最高位也是 数值位，即所有位都是 数值位
例如（其它整型类型以此类推）：
（signed char 范围是：-128~127，补码：10000000无法转换为原码，被直接当成-128）
（unsigned char 范围是：0~255，8位全是数值位，无负数）
浮点数类型：
float
double
long double
构造类型(自定义类型)：
数组类型：
（数组的元素个数 和 数组的类型 发生变化时，数组类型就不一样了：）
int arr1[10]; 类型是 int [10]
int arr2[5]; 类型是 int [5]
char arr3[5]; 类型是 char [5]
(这是三个不同的数组类型)
结构体类型 struct
枚举类型 enum
联合类型 union
指针类型：
int* pi;
char* pc;
float* pf;
void* pv;
空类型：
void 表示 空类型（无类型）：通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。
2. 整型在内存中的存储
变量的创建时要在内存中开辟空间的，空间的大小是根据不同的类型而决定的
而开辟空间后，数据在所开辟内存中是如何存储的呢？
（1）. 整数用二进制表示的三种表示形式：原码、反码、补码
原码：
正数：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到原码
负数：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到原码
或者
反码按位取反得到原码
再或者
补码按位取反，再+1得到原码
反码：
正数：原码、反码、补码 都相同
负数：原码的符号位不变，将其它位依次按位取反得到反码
或者
补码-1得到反码
补码：
正数：原码、反码、补码 都相同
负数：反码+1得到补码
（2）. 符号位 和 数值位（整数）
上面三种表示形式都有 符号位 和 数值位 两部分：
符号位：
二进制最高位的一位叫做符号位，
符号位 用 0 表示 “正”；
符号位 用 1 表示 “负”。
数值位：
除了符号位，其它位都是数值位
对于正数：原码、反码、补码 都相同
对于负数：三种表示方法各不相同（参考上面）
（演示代码：）
#include <stdio.h> int main() { int num = 10;//创建一个叫num的整型变量，这时num向内存申请4个字节来存放数据 // 4个字节 - 32比特位 //00000000000000000000000000001010 -- 原码 //00000000000000000000000000001010 -- 反码 //00000000000000000000000000001010 -- 补码 int num2 = -10; //10000000000000000000000000001010 -- 原码 //11111111111111111111111111110101 -- 反码 //11111111111111111111111111110110 -- 补码 return 0; }
对于整型来说：数据存放在内存中其实存放的是补码
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位统一处理（把符号位也看成数值位来计算）；
同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器），
此为，补码和原码相互转换，其运算过程是相同的
（原码转换为补码按位取反再+1，补码转换为原码也可以按位取反再+1），
不需要额外的硬件电路。
只有加法器，计算减法时：1 - 1 --> 1 + (-1) ，
假设计算用的是原码，算出来的是 -2，是错误的
而用补码进行计算后，再用原码表示，结果则是对的
（为什么会倒着存储呢？）
（3）. 大小端介绍
字节序：
以字节为单位，讨论存储顺序（大端字节序存储 / 小端字节序存储）
低位 / 高位：
十进制：数字123，1是百位，2是十位，3是个位。这里的1就是高位，3就是低位。
十六进制：0x 11 22 33 44，这里 11 就是高位，44就是低位。
大端字节序存储：
大端（存储）模式：指数据的低位字节内容保存在内存的高地址中，而数据的高位字节内容，保存在内存的低地址中；
（低位高地址，高位低地址）
小端字节序存储：
小段（存储）模式：指数据的低位字节内容保存在内存的低地址中，而数据的高位字节内容，保存在内存的高地址中；
（低位低地址，高位高地址）
为什么有大端和小段：
一个数据只要超过一个字节，在内存中存储的时候就必然涉及到顺序的问题，所以要有大端和小端的存储模式对该数据进行排序。
为什么会有大小端模式之分，是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为 8bit 。但是在C语言中除了 8bit 的 char 之外，还有 16bit 的 short 类型，32位的 long 类型（具体要看编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如 16位 或者 32位 的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么就存在着一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式 。
例如：一个 16bit 的 short 类型 x ，在内存中的地址为 0x0010，x 的值为 0x1122，那么 0x11 为高字节，0x22 为低字节。对于大端模式，就将 0x11 放在低地址中，即地址 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即地址 0x0011 中。小端模式则相反。
我们常用的 x86 结构是小端模式，所以上面的图数据会“倒着放”，低位字节放在了低地址，高位字节放在了高地址。而 KEIL C51 则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择为大端模式还是小端模式。
（4）. 写个程序判断大小端：
思路：
有变量a，存放在内存中的十六进制数为：01 00 00 00（小端存储），地址第一位是1，
如果是大端存储：则应该是：00 00 00 01，地址第一位是0，
可以把 a 的地址取出第一位，如果
第一位地址 == 1，说明是小端存储，
第一位地址 == 0，说明是大端存储，
取出 int类型a 的 地址 第一位方法：
*（char*）&a
把 int* 强制转换为 char*，再解引用，即可取出一位地址的内容。
实现代码：
#include <stdio.h> int check_sys() { int a = 1; //要大于一个字节的数据，才有顺序可言 判断大小端 //if (*(char*)&a == 1) // //把int*强制转换a的地址为char*再解引用，判断地址第一位的内容 //{ // return 1; //} //else //{ // return 0; //} //可以直接写成 return *(char*)&a; } int main() { int ret = check_sys(); if (ret == 1) { printf("小端 "); } else { printf("大端 "); } return 0; }
（5）. 练习：(重点在注释)
1. 区别 unsigned 和 signed ：
//练习：1.区别 unsigned 和 signed #include <stdio.h> int main() { char a = -1; //char 在 VS中 默认是 signed char //10000000000000000000000000000001 -- 原码 //11111111111111111111111111111110 -- 反码 //11111111111111111111111111111111 -- 补码 // -1是整数，存进char类型中会发生截断 // 11111111 -- 补码，截断获取最低8位 // 最高位 是 符号位 signed char b = -1; //和 char a 相同 unsigned char c = -1; // 11111111 -- 补码，截断获取最低8位 // 最高位 是 数值位 printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c); //%d - 十进制形式打印有符号整型数据， //这里会发生 整型提升 // 11111111 -- 补码，截断获取最低8位 // // 整型提升，有符号位按符号位补满，补满后： //11111111111111111111111111111111 -- 整型提升后补码 //11111111111111111111111111111110 -- 反码 //10000000000000000000000000000001 -- 原码 // // 整型提升，无符号位高位补0，补满后： //00000000000000000000000011111111 -- 整型提升后补码 // 整数原码、反码、补码相同 return 0; }
2. 使用 %u 打印 有符号整型：
（补充：%u -- 十进制形式打印无符号的整型）
（1）. 打印 -128：
//练习：2.使用 %u 打印 有符号整型： #include <stdio.h> int main() { char a = -128; //10000000000000000000000010000000 -- 原码 //11111111111111111111111101111111 -- 反码 //11111111111111111111111110000000 -- 补码 // 截断后： // 10000000 -- 截断后补码 printf("%u ", a); // %u -- 十进制形式打印无符号的整型 // 对 char 变量 打印 整型数字，进行整型提升 // char类型 有符号位，按符号位补满： //11111111111111111111111110000000 -- 补满后的补码 //因为是以 无符号整数 打印，所以 原码、反码、补码 相同 // 那么这个数就很大了 return 0; }
（2）. 打印 128：
//练习：3.使用 %u 打印 有符号整型： #include <stdio.h> int main() { // -128 改成 128 char a = 128; //00000000000000000000000010000000 -- 原码 //11111111111111111111111101111111 -- 反码 //11111111111111111111111110000000 -- 补码 // 截断后： // 10000000 -- 截断后补码 // 跟-128是一样的， //只是原码的符号位不一样，但截断后都是10000000 printf("%u ", a); // %u -- 十进制形式打印无符号的整型 // 对 char 变量 打印 整型数字，进行整型提升 // char类型 有符号位，按符号位补满： //11111111111111111111111110000000 -- 补满后的补码 //因为是以 无符号整数 打印，所以 原码、反码、补码 相同 // 那么这个数就很大了 return 0; }
3. 用%d打印：有符号整型 + 无符号整型
//练习：3. 用%d打印：有符号整型 + 无符号整型 #include <stdio.h> int main() { //有符号整型： int i = -20; //10000000000000000000000000010100 -- 原码 //11111111111111111111111111101011 -- 反码 //11111111111111111111111111101100 -- 补码 //无符号整型： unsigned int j = 10; //00000000000000000000000000001010 -- 原码 // 原码、反码、补码 相同 printf("%d ", i + j); // i的补码 和 j的补码 相加 //11111111111111111111111111101100 -- i的补码 // + //00000000000000000000000000001010 -- j的补码 // = //11111111111111111111111111110110 -- 两补码相加后的补码 //该补码再通过%d打印有符号数，最高位是符号位，知道补码，要计算得到原码 //11111111111111111111111111110101 -- 反码 // 反码 符号位 不变，其它位 按位取反 //10000000000000000000000000001010 -- 原码 -》 -10 return 0; }
4. 使用无符号整数（无负数）进行自减循环
//使用无符号整数（无负数）进行自减循环 #include <stdio.h> #include <windows.h> int main() { unsigned int i; for (i = 9; i >= 0; i--) { printf("%u ", i); Sleep(1000); //单位是毫秒，休眠1秒再继续下个语句 } return 0; }
5. 字符数组存储整型数字：
//字符数组存储整型数字： #include <stdio.h> #include <string.h> int main() { char a[1000]; //char类型数组，整型数字只能存储0~-128 int i; for (i = 0; i < 1000; i++) { a[i] = -1 - i;//-1，-2...... } //-1,-2,-3...-128,127,126,...3,2,1,0 -- 存一轮：256个元素 //-1,-2,-3...-128,127,126,...3,2,1,0 -- 存一轮：256个元素 //。。。。。 printf("%d", strlen(a)); //strlen 是求字符串长度的， //统计的是 之前出现的字符的个数 // 的ASCII码值是 0，找到0就停止计算 return 0; }
6. unsigned char 取值范围：
//unsigned char 取值范围： #include <stdio.h> unsigned char i = 0;//全局变量 //unsigned char 的整型取值范围是：0~255 int main() { // 255 再 +1 又变成 0 for (i = 0; i <= 255; i++) { printf("hello world "); } return 0; }
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