詳解C語言整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
1. 整數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
整數(shù)的2進(jìn)制表示方法有三種，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。
有符號(hào)的整數(shù)，三種表??法均有符號(hào)位和數(shù)值位兩部分，符號(hào)位都是?0表?“正”，?1表?“負(fù)”，最?位的?位是被當(dāng)做符號(hào)位，剩余的都是數(shù)值位。
正整數(shù)的原、反、補(bǔ)碼都相同。
負(fù)整數(shù)的三種表示方法各不相同。
原碼：直接將數(shù)值按照正負(fù)數(shù)的形式翻譯成?進(jìn)制得到的就是原碼。
反碼：將原碼的符號(hào)位不變，其他位依次按位取反就可以得到反碼。
補(bǔ)碼：反碼+1就得到補(bǔ)碼。
對(duì)于整型來說：數(shù)據(jù)存放內(nèi)存中其實(shí)存放的是補(bǔ)碼。
2. 大小端字節(jié)序和字節(jié)序判斷
當(dāng)我們了解了整數(shù)在內(nèi)存中存儲(chǔ)后，我們調(diào)試看?個(gè)細(xì)節(jié)：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0x11223344;
return 0;
}調(diào)試結(jié)果：
調(diào)試的時(shí)候，我們可以看到在a中的 0x11223344 這個(gè)數(shù)字是按照字節(jié)為單位，倒著存儲(chǔ)的。
這是為什么呢？
2.1 什么是大小端？
其實(shí)超過?個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲(chǔ)的時(shí)候，就有存儲(chǔ)順序的問題，按照不同的存儲(chǔ)順序，我們分為?端字節(jié)序存儲(chǔ)和?端字節(jié)序存儲(chǔ)，下?是具體的概念：
大端（存儲(chǔ)）模式：
是指數(shù)據(jù)的低位字節(jié)內(nèi)容保存在內(nèi)存的高地址處，而數(shù)據(jù)的高位字節(jié)內(nèi)容，保存在內(nèi)存的低地址處。
小端（存儲(chǔ)）模式：
是指數(shù)據(jù)的低位字節(jié)內(nèi)容保存在內(nèi)存的低地址處，而數(shù)據(jù)的高位字節(jié)內(nèi)容，保存在內(nèi)存的高地址處。
2.2 為什么有大小端?
為什么會(huì)有大小端模式之分呢？
這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們是以字節(jié)為單位的，每個(gè)地址單元都對(duì)應(yīng)著?個(gè)字節(jié)，?個(gè)字節(jié)為8bit位，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(duì)于位數(shù)大于8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由于寄存器寬度大于?個(gè)字節(jié)，那么必然存在著?個(gè)如何將多個(gè)字節(jié)安排的問題。因此就導(dǎo)致了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式
例如：?個(gè) 16bit 的 short 型 x ，在內(nèi)存中的地址為 0x0010 ， x 的值為 0x1122 ，那么0x11 為高字節(jié)， 0x0022 為低字節(jié)。對(duì)于大端模式，即 內(nèi)存地址0x0010 中，就將 0x11 放在低地址中，0x0022 放在?地址中。小端模式，剛好相反。我們常用的 X86 結(jié)構(gòu)是小端模式，而KEIL C51 則為大端模式。很多的ARM，DSP都為?端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來選擇是大端模式還是小端模式。
題目：設(shè)計(jì)一個(gè)程序來判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序。
#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;
}運(yùn)行結(jié)果：
3. 浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)
常?的浮點(diǎn)數(shù)：3.14159、1E10等，浮點(diǎn)數(shù)家族包括： float、double、long double 類型。浮點(diǎn)數(shù)表?的范圍： float.h 中定義。
我們來看看下面一段代碼：
#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;
}運(yùn)行結(jié)果：
為什么我們會(huì)得到這么奇怪的結(jié)果呢？下面我們看看浮點(diǎn)數(shù)是如何存儲(chǔ)的，就能夠解釋的通了。
3.1 浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)
上面的代碼中， n 和 *pFloat 在內(nèi)存中明明是同?個(gè)數(shù)，為什么浮點(diǎn)數(shù)和整數(shù)的解讀結(jié)果會(huì)差別這么大？
要理解這個(gè)結(jié)果，?定要搞懂浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示方法。
根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE(電?和電子工程協(xié)會(huì))754，任意?個(gè)?進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示成下面的形式：
• 
表示符號(hào)位，當(dāng)S=0，V為正數(shù)；當(dāng)S=1，V為負(fù)數(shù)
• M表示有效數(shù)字，M是大于等于1，小于2的
• 
表示指數(shù)位
舉例來說：
?進(jìn)制的5.0，寫成?進(jìn)制是 101.0 ，相當(dāng)于 1.01×2^2 。
那么，按照上?V的格式，可以得出S=0，M=1.01，E=2。
?進(jìn)制的-5.0，寫成?進(jìn)制是 -101.0 ，相當(dāng)于 -1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2。
IEEE 754規(guī)定：
對(duì)于32位的浮點(diǎn)數(shù)，最?的1位存儲(chǔ)符號(hào)位S，接著的8位存儲(chǔ)指數(shù)E，剩下的23位存儲(chǔ)有效數(shù)字M對(duì)于64位的浮點(diǎn)數(shù)，最?的1位存儲(chǔ)符號(hào)位S，接著的11位存儲(chǔ)指數(shù)E，剩下的52位存儲(chǔ)有效數(shù)字M
3.1.1 浮點(diǎn)數(shù)存的過程
IEEE754對(duì)有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有?些特別規(guī)定。
前?說過， 1≤M<2 ，也就是說，M可以寫成 1.xxxxxx 的形式，其中 xxxxxx 表??數(shù)部分。
IEEE754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存M時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第?位總是1，因此可以被舍去，只保存后?的xxxxxx部分。?如保存1.01的時(shí)候，只保存01，等到讀取的時(shí)候，再把第?位的1加上去。這樣做的?的，是節(jié)省1位有效數(shù)字。以32位浮點(diǎn)數(shù)為例，留給M只有23位，將第?位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數(shù)字。
?于指數(shù)E，情況就?較復(fù)雜。
?先，E為?個(gè)?符號(hào)整數(shù)（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(xué)計(jì)數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存?內(nèi)存時(shí)E的真實(shí)值必須再加上?個(gè)中間數(shù)，對(duì)于8位的E，這個(gè)中間數(shù)是127；對(duì)于11位的E，這個(gè)中間數(shù)是1023。?如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，必須保存成10+127=137，即10001001。
3.1.2 浮點(diǎn)數(shù)取的過程
指數(shù)E從內(nèi)存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(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就采?下?的規(guī)則表?，即指數(shù)E的計(jì)算值減去127（或1023），得到真實(shí)值，再將有效數(shù)字M前加上第?位的1。
?如：0.5的?進(jìn)制形式為0.1，由于規(guī)定正數(shù)部分必須為1，即將?數(shù)點(diǎn)右移1位，則為1.0*2^(-1)，其階碼為-1+127(中間值)=126，表?為01111110，?尾數(shù)1.0去掉整數(shù)部分為0，補(bǔ)?0到23位00000000000000000000000，則其?進(jìn)制表?形式為:
0 01111110 00000000000000000000000
E全為0
這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實(shí)值，有效數(shù)字M不再加上第?位的1，?是還原為0.xxxxxx的?數(shù)。這樣做是為了表?±0，以及接近于0的很?的數(shù)字。
0 00000000 00100000000000000000000
E全為1
這時(shí)，如果有效數(shù)字M全為0，表?±?窮?（正負(fù)取決于符號(hào)位s）；
0 11111111 00010000000000000000000
好了，關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)的表?規(guī)則，就說到這?。
3.2 題目解析
以上就是詳解C語言整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C語言整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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