深度剖析数据在内存中的存储
1.数据类型的介绍 前面我们已经学习了基本的内置类型：
char // 字符数据类型
short // 短整型
int // 整形
long // 长整型
long long // 更长的整形
float // 单精度浮点数
double // 双精度浮点数
//C 语言有没有字符串类型？
以及他们所占存储空间的大小。
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. 如何看待内存空间的视角
1.1 类型的基本归类：整形家族：分为无符号和有符号，无符号则全部内存空间都用来存储数据
char：（ 字符存储时，存储的是ASCII值 ）
unsigned char
signed char
short：
unsigned short [ int ]
signed short [ int ]
int：
unsigned int
signed int
long：
unsigned long [ int ]
signed long [ int ]
浮点数家族：
float
double
构造类型：
> 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. 整形在内存中的存储我们之前讲过一个变量的创建是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。
那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？
比如：
int a = 20 ;
int b = - 10 ;
我们知道为 a 分配四个字节的空间。
那如何存储？
下来了解下面的概念：
2.1 原码、反码、补码 计算机中的整数有三种 2 进制表示方法，即原码、反码和补码。
三种表示方法均有 符号位 和 数值位 两部分，符号位都是用 0 表示 “ 正 ” ，用 1 表示 “ 负 ” ，而数值位
正数的原、反、补码都相同。 负整数的三种表示方法各不相同。
（ 整型提升的时候就用符号位补 ）
原码
直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。
反码
将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到反码。
补码
反码 +1 就得到补码。
对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
为什么呢？
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域统一处理；
同时，加法和减法也可以统一处理（ CPU 只有加法器 ）此外，补码与原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。
（ 本质上存放的还是二进制，但是为了方便我们看，显示出来的是十六进制）
我们可以看到对于 a 和 b 分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点 不对劲 。
这是又为什么？
2.2 大小端介绍 字节序，讨论以一个字节为存储单位的存储顺序
什么大端小端：
大端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；（ 低位高址 ）
小端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位 , ，保存在内存的高地址中。（ 低位低址 ）
为什么有大端和小端：
为什么会有大小端模式之分呢？这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8 bit 。但是在 C 语言中除了 8 bit 的 char 之外，还有 16 bit 的 short型，32 bit 的 long 型（要看具体的编译器），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，那么必然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 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 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，刚好相反。我们常用的 X86 结构是小端模式，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是大端模式 还是小端模式。
百度2015年系统工程师笔试题：
请简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个小程序来判断当前机器的字节序。（10分）
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制//代码1
#include
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;
}
//代码2
int check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un;
un.i = 1;
return un.c;
}2.3 练习 代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制1.
//输出什么？
#include
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;
}下面程序输出什么？
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制2.
#include
int main()
{
char a = -128;
printf("%u\n",a);
return 0;
}代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制3.
#include
int main()
{
char a = 128;
printf("%u\n",a);
return 0;
}代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制4.
int i= -20;
unsigned int j = 10;
printf("%d\n", i+j);
//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制5.
unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
printf("%u\n",i);
}代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制6.
int main()
{
char a[1000];
int i;
for(i=0; i<1000; i++)
{
a[i] = -1-i;
}
printf("%d",strlen(a));
return 0;
}代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制7.
#include
unsigned char i = 0;
int main()
{
for(i = 0;i<=255;i++)
{
printf("hello world\n");
}
return 0;
}3. 浮点型在内存中的存储常见的浮点数：
3.14159
1E10
浮点数家族包括： float 、 double 、 long double 类型。
浮点数表示的范围： float.h 中定义（ 整型家族的范围在limits.h中定义 ）
3.1 一个例子浮点数存储的例子：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制int main()
{
int n = 9;
float *pFloat = (float *)&n;
printf("n的值为：%d\n",n);
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为：%d\n",n);
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
return 0;
}输出的结果是什么呢？
这个例子恰恰说明了整数和浮点数在内存中存储方式存在差异
3.2 浮点数存储规则 num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？
要理解这个结果，一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。
详细解读：
根据国际标准 IEEE （电气和电子工程协会） 754 ，任意一个二进制浮点数 V 可以表示成下面的形式：（ 相当于二进制的科学计数法 ）
(-1)^S * M * 2^E
(-1)^S 表示符号位，当 S=0 ， V 为正数；当 S=1 ， V 为负数。
M 表示有效数字，大于等于 1 ，小于 2 。
2^E 表示指数位。
举例来说：
十进制的 5.0 ，写成二进制是 101.0 ，相当于 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 。
十进制的 -5.0 ，写成二进制是 - 101.0 ，相当于 - 1.01×2^2 。那么， S=1 ， M=1.01 ， E=2 。
IEEE 754 规定：
对于 32 位的浮点数，最高的 1 位是符号位 S ，接着的 8 位是指数 E ，剩下的 23 位为有效数字 M 。
对于 64 位的浮点数，最高的 1 位是符号位S，接着的 11 位是指数 E ，剩下的 52 位为有效数字 M 。
IEEE 754 对有效数字 M 和指数 E ，还有一些特别规定。
前面说过， 1≤M<2 ，也就是说， M 可以写成 1.xxxxxx 的形式，其中 xxxxxx 表示小数部分。
IEEE 754 规定，在计算机内部保存 M 时，默认这个数的第一位总是 1 ，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存 1.01 的时候， 只保存01（多于的位数补0） ，等到读取的时候，再把第一位的 1 加上去。这样做的目的，是节省 1 位有效数字。以 32 位浮点数为例，留给M 只有 23 位，
将第一位的 1 舍去以后，等于可以保存 24 位有效数字。
至于指数 E ，情况就比较复杂。
首先， E 为一个无符号整数（ unsigned int ）
这意味着，如果 E 为 8 位，它的取值范围为 0~255 ；如果 E 为 11 位，它的取值范围为 0~2047 。但是，我们知道，科学计数法中的E 是可以出现负数的，
所以IEEE 754 规定，存入内存时 E 的真实值必须 再加上一个中间数 ，对于 8 位的 E ，这个中间数是 127 ；
对于 11 位的 E ，这个中间数是 1023 。比如， 2^10 的 E 是 10 ，所以保存成 32 位浮点数时，必须保存成 10+127=137 ，即10001001。
然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况
E不全为0或不全为1
这时，浮点数就采用下面的规则表示，即指数 E 的计算值减去 127 （或 1023 ），得到真实值，再将
有效数字 M 前加上第一位的 1 。
比如：
0.5 （ 1/2 ）的二进制形式为 0.1 ，由于规定正数部分必须为 1 ，即将小数点右移 1 位，则为
1.0*2^(-1) ，其阶码为 -1+127=126 ，表示为
01111110 ，而尾数 1.0 去掉整数部分为 0 ，补齐 0 到 23 位 00000000000000000000000 ，则其二进
制表示形式为 :
0 01111110 00000000000000000000000
E 全为 0
这时，浮点数的指数 E 等于 1-127 （或者 1-1023 ）即为真实值，
有效数字 M 不再加上第一位的 1 ，而是还原为 0.xxxxxx 的小数。这样做是为了表示 ±0 ，以及接近于
0 的很小的数字。
E 全为 1
这时，如果有效数字M全为0，表示±无穷大（正负取决于符号位s）；
好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里。
解释前面的题目：
下面，让我们回到一开始的问题：为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 ？
首先，将 0x00000009 拆分，得到第一位符号位 s=0 ，后面 8 位的指数 E=00000000 ，
最后 23 位的有效数字 M=000 0000 0000 0000 0000 1001 。
9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
由于指数 E 全为 0 ，所以符合上一节的第二种情况。因此，浮点数 V 就写成：
V=( - 1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^( - 126)=1.001×2^( - 146)
显然， V 是一个很小的接近于 0 的正数，所以用十进制小数表示就是 0.000000 。
再看例题的第二部分。
请问浮点数 9.0 ，如何用二进制表示？还原成十进制又是多少？
首先，浮点数 9.0 等于二进制的 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，第一位的符号位 s=0 ，有效数字 M 等于 001 后面再加 20 个 0 ，凑满 23 位，指数 E 等于 3+127=130， 即10000010 。
所以，写成二进制形式，应该是 s+E+M ，即
0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000
这个 32 位的二进制数，还原成十进制，正是 1091567616 。