C語言中數(shù)據(jù)是如何存儲在內(nèi)存中的

更新時間：2022年04月22日 10:19:42 作者：耀星

使用編程語言進行編程時，需要用到各種變量來存儲各種信息。變量保留的是它所存儲的值的內(nèi)存位置。這意味著，當您創(chuàng)建一個變量時，就會在內(nèi)存中保留一些空間。您可能需要存儲各種數(shù)據(jù)類型的信息，操作系統(tǒng)會根據(jù)變量的數(shù)據(jù)類型，來分配內(nèi)存和決定在保留內(nèi)存中存儲什么

前言

在計算機內(nèi)存中，數(shù)據(jù)的存儲方式都是以0和1的形式存儲，也就是二進制的形式，數(shù)據(jù)是如何向內(nèi)存寫入的呢？整形數(shù)據(jù)以補碼的形式存儲，浮點型的存儲規(guī)則較多，類似于科學計數(shù)法。

‍數(shù)據(jù)類型介紹

為什么需要有這些數(shù)據(jù)類型？

數(shù)據(jù)類型解決了數(shù)據(jù)存儲的問題。

‍整形數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲

整數(shù)中有三種二進制表示形式，分別是原碼、反碼、補碼，正整數(shù)的原碼 = 反碼 = 補碼，通常取最高位作為符號位。

原碼：直接將正負整數(shù)按照二進制形式轉(zhuǎn)換即可。

15原碼: (0) 1111
-15原碼: (1) 1111
23原碼: (0) 10111
-28原碼: (1) 11100
注意：()表示符號位,1表示負，0表示正。

補碼：負整數(shù)的補碼將原碼的符號位不變，其它位依次取反。

15反碼: (0) 1111
-15反碼: (1) 0000
23反碼: (0) 10111
-28反碼: (1) 00011

反碼：負整數(shù)的反碼在補碼的基礎上+1

15補碼: (0) 1111
-15補碼: (1) 0001
23補碼: (0) 11000
-28補碼: (1) 00100

對于整形數(shù)據(jù)來說：數(shù)據(jù)存放的實際是存放補碼。

當我們定義變量時，系統(tǒng)會根據(jù)變量的數(shù)據(jù)類型，給變量開辟空間。這也是為什么要引入數(shù)據(jù)類型這個概念。

1.舉例：5是如何存儲到內(nèi)存中

5是一個整形常量，在C語言中寫一個整形常量，不超過int類型所能表示的范圍，以32位表示整形常量。

5的原碼碼 = 補碼 = 反碼

5原碼：00000000 00000000 00000000 00000101

5存入short類型的變量：取后16位

00000000 00000000 00000000 00000101

5存入int類型的變量：取32位

00000000 00000000 00000000 00000101

2.舉例：-10是如何存儲到內(nèi)存中的

-10原碼：10000000 00000000 00000000 00001010

-10反碼：11111111 11111111 11111111 11110101

-10補碼：11111111 11111111 11111111 11110110

-10存入short類型：取后16位

11111111 11111111 11111111 11110110

-10存入int類型變量：取32位

11111111 11111111 11111111 11110110

如何取出數(shù)據(jù)？

取出數(shù)據(jù)首先要知道數(shù)據(jù)的地址，得到地址后，如何確定取出范圍，由變量的數(shù)據(jù)類型來決定。

int main()
{
	/*
	a的原碼、反碼、補碼：00000000 10011000 10010110 1000000
	*/
	int a = 10000000;
	/*
	b是short*類型，解引用訪問時，只有訪問兩個字節(jié)的權限
	*b拿出的數(shù)據(jù)是補碼： 10010110 10000000->原碼：11101001 10000000
	*/
	short* b = &a;
	printf("%d", *b);//-27008
	return 0;
}

為什么要使用補碼的形式存儲？

在計算機中CPU有中，只有加法器。以補碼形式存儲，符號位參與運算，既可以計算減法也可以計算加法。

大端存儲模式：指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址中。

小端存儲模式：指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的高地址中。

大小端主要由處理器決定，與編譯器，操作系統(tǒng)這些沒有直接的關系。

‍浮點型數(shù)據(jù)在內(nèi)存存儲

根據(jù)國際標準IEEE（電氣和電子工程協(xié)會）754，任意一個二進制浮點數(shù)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(shù)；S = -1，V為負數(shù)
M表示有效數(shù)值，大于等于1，小于2
2^E表示指數(shù)位

類似于科學計數(shù)法：1090 = 1.090*10^3

IEEE754規(guī)定單精度浮點型和雙精度浮點型存儲模型

IEEE 754對有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有一些特別的規(guī)定。

1<=M<2，M可以寫成1.xxxxxx的形式，xxxxxx表示小數(shù)部分。

IEEE754規(guī)定，在計算機內(nèi)部保存M時，默認這個數(shù)的第一位總是1，因此可以舍去，只保存后面的xxxxxx部分。在讀取時，再把第一位添上。節(jié)省一位有效數(shù)字.

對于指數(shù)E,情況比較多。

首先E為無符號整數(shù)，如果E為八位，取值范圍時0~255，E為11位，取值范圍為0~2047，但是再科學計數(shù)法中E可以出現(xiàn)負數(shù)，所以IEEE 754則規(guī)定，存入內(nèi)存E的真實數(shù)必須加上一個中間數(shù)，對于八位的E，中間數(shù)為127，對于11位的E，中間數(shù)位1023。例如2^13的E是13，所以在保存E時，必須保存成13+127 = 140，即10001100。

指數(shù)E從內(nèi)存中取出還可以分為3種情況

1.E不全為0或不全為1

這時浮點數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再將有效數(shù)字M前加上第一位的1。

比如：

0.5的二進制位0.1，由于規(guī)定整數(shù)部分1<=M<2，即第一位必須位1，則將小數(shù)點右移一位，則為1.0*2^(-1)，E的實際存儲位-1+127，E的實際存儲為01111110，M = 1.0，小數(shù)部分為0，M的存儲為23位00000000000000000000000。