C语言数据存储 — 整型篇

前言

在C语言中，了解相关数据存储对一名优秀程序员来说是至关重要的！通过相关原理，从而更加深入地理解计算机如何存储和操作数据，这对于编程人员来说是非常重要的。只有深入理解计算机存储和操作数据的原理，才能编写出更加高效、可靠的程序。本文将详细介绍C语言中整型数据是如何存储的，希望能帮助读者在编程路上更近一步！！

1. 数据类型介绍

C语言中，基本的内置类型和大小如下：

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 类型的基本分类

整型家族：

浮点数家族：

float
double
(long 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. 整型在内存中的存储

一个变量的创建是要在内存上开辟空间的。而空间的大小是根据不同的类型而决定的。

接下来我们将介绍数据在所开辟的内存中是如何存储的！
比如：

int a = 20;
int b = -10;

我们知道a/b分别分配了4字节的空间，那如何存储？

在介绍之前，我们要先了解以下概念。

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”。

• 正数的原码、反码、补码都相等。
• 负整数的三种表示方式各不相等。

负整数的三种表示方法：

原码：
直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制的形式就可以得到原码。

补码：
将原码的符号位不变，其他位按位取反就得到反码。

补码：
反码+1就得到补码。

2.1.1 为什么数据存放在内存中存放的是补码

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；
同时，加法和减法也可以统一处理（CPU只有加法器），此外，补码和原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

例子：

在计算机中，数值一律用补码来表示和存储。原因在于，是用补码，可以将符号位和数值位统一处理
例如：结算1 + (-1)
 使用原码计算
00000000 00000000 00000000 00000001 --> 1的原码 
10000000 00000000 00000000 00000001 --> -1的原码 
10000000 00000000 00000000 00000020 --> 结果-2
原码计算错误

使用补码计算
 00000000 00000000 00000000 00000001 --> 1的补码
 11111111 11111111 11111111 11111111 --> -1的补码
100000000 00000000 00000000 00000000 -->结果0
补码计算正确

Tips：

• 补码和原码相互转化运算过程是相同的。即原码符号位不变，其他位按位取反的到反码；反码+1得到补码。而由补码反推原码时，除了将上述过程力推，还可以补码符号位不变，其他位按位取反后在+1即可得到原码。

我们再来看看内存中的存储（以vs为例）：

我们可以看到对于a存放在内存中的补码，我们发现顺序有点不对劲！
这是为什么呢？
这就不得不提到大小端了。

2.2 大小端介绍

2.2.1 什么是大小端？

大端（存储）模式又称大端字节序存储：数据的低位字节中的数据存放在高地址处，高位字节中的数据存放在低地址处。
小端（存储）模式又称小端字节序存储：数据的低位字节中的数据存放在低地址处，高位字节中的数据存放在高地址处。

Tips：

• 字节序：以字节为单位，讨论内存的存储顺序。

2.2.2 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，每一个地址单元对应一个字节，一字节为8bit.但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit的long型(具体要看编译器)等。另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或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1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放在高地址处，即0x0011中；而0x22放在低地址中，即0x0011中。小端模式，刚好相反。

• 我们常用的x86和x64结构是小端模式，而KEIL C51则是大端模式。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。

2.2.3 一道百度系统工程师笔试题

请简要介绍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）

相关概念读者自行查看2.2.1。

下面来分析如何设计小程序来判断数据存储模式。

如下图所示，我们可以用数字1即可解决问题。
我们发现如果是小端模式，第一个字节中存放的数据为1；如果是大端模式，第一个字节中存放的数据为0。
接下来问题转化为：如何让编译器只访问一个字节空间呢？
其实很简单，我们只需要将a的指针强制类型转换为char*，在解引用访问即可。

代码实现：

//代码1
判断当前机器的自己序
int check_sys()
{
    
    
	int a = 1;
	char* ret = (char*)&a;
	if (*ret == 1)
		return 1;
	else
		return 0;
}

int main()
{
    
    
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

//代码2，简化代码1
int check_sys()
{
    
    
	int a = 1;
	//大端返回0，小端返回1
	return *(char*)&a;
}
int main()
{
    
    
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

3. 结尾

本篇文章到此就结束了。接下来在C语言数据存储 — 浮点数篇中将详细介绍浮点数相关知识，敬请期待。如果对您有帮助，记得三连哦！感谢您的支持！！