---

前言

本章重点：

1. 数据类型详细介绍
2. 整形在内存中的存储：原码、反码、补码
3. 大小端字节序介绍及判断
4. 浮点型在内存中的存储解析

---

一、数据类型详细介绍

char        //字符数据类型 1字节
short       //短整型 2字节
int         //整形 4字节
long        //长整型 32位下是4字节，64位下是8字节
long long   //更长的整形 8字节

float       //单精度浮点数 4字节
double      //双精度浮点数 8字节
//C语言有没有字符串类型？
1
2
3
4
5
6
7
8
9

ps:字符类型char在底层存储的是ASCII码值，所以我们往往把char划分到整形家族里

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。

二、类型的基本归类：

2.1整形家族：

char
 unsigned char//无符号字符型
 signed char//有符号字符型
 //char 类型默认是有符号还是无符号是取决于编译器的，大部分编译器默认是有符号的

short
 unsigned short [int]//[int]表示这个int可以不写， unsigned short= unsigned short int
 signed short [int] //默认情况都是有符号的,signed short=short

int
 unsigned int
 signed int//默认情况都是有符号的,signed int=int

long
 unsigned long [int]
 signed long [int]//默认情况都是有符号的,signed long=long

long long
 unsigned long long [int]
 signed long long [int]//默认情况都是有符号的,signed long long=long long
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

关于unsigned：

#include
int main()
{
	unsigned char c1 = 255;
	printf("%d\n", c1);

	char c2 = 255;
	printf("%d\n", c2);

	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

解释如下：
我们知道一个char类型是1字节，也就是8比特位，255转换成2进制是1111 1111

如果是unsigned char，就说明是无符号的char，也就是最高位是有效位，那么这个值就不存在原反补的概念了，类似非负数，原反补一样，内存里存的1111 1111打印出来也是1111 111这个值（我们转换成10进制是变成了255）

如果是char，也就是有符号的char，最高位是符号位，这个就是有原反补码的
补：1111 1111
反：1111 1110 （反码=补码-1）
原：1000 0001（原码=反码符号位不变，其他位全部改变）
我们存储的是补码，打印的是原码，1000 0001（有符号）转换成10进制就是-1

注：无符号char取值范围是0~255
有符号char取值范围是-128~127

2.2浮点数家族：

float
double
1
2

构造类型：

> 数组类型
> 结构体类型 struct
> 枚举类型 enum
> 联合类型 union
1
2
3
4

结构体类型详解链接
枚举类型详解链接
联合体类型详解链接

关于数组类型，这个知识点很简单，
我以int型数组给大家举个例子，推广到其他类型数组也是一样的

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };//数组类型就是把数组名去掉，剩下的类型int [10]
	printf("%d",sizeof(int[10]));//打印40，因为整形int大小为4，一共有10个整形，4*10=40
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6

2.3指针类型

int *pi;
char *pc;
float* pf;
void* pv;
1
2
3
4

指针详解链接

2.4空类型：

void//一般用于函数返回值类型，也就是不需要返回值的情况
1

ps:如果你哪天突发奇想想测一下sizeof(void)，你会发现，会报错

三、整形在内存中的存储

3.1引子

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？

int main()
{
	int a = -1;
	return 0;
}
1
2
3
4
5

我们对上面代码进行调试，然后监视内存，发现a的地址上存储的是8个f

我们这里一个整形是4字节，然后对应32位比特位（二进制）

f是十六进制的表示，4个二进制才能表示1个十六进制数，
比如1111表示f（他们都对应十进制的15）

那么32个二进制数就可以用8个十六进制表示
ff ff ff ff也就是11111111 11111111 11111111 11111111
也就是我们常说的补码

3.2原码、反码、补码

计算机中的有符号数有三种表示方法，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”，
而数值位三种表示方法各不相同

原码
直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。

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了。

补码
反码+1就得到补码。

正数的原、反、补码都相同。
对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。
我们以%d打印出来的，那个是原码

还是看这段代码：

int main()
{
	int a = -1;
	return 0;
}
1
2
3
4
5

a=-1
-1的原码：10000000 00000000 00000000 00000001
-1的反码：111111111 111111111 111111111 111111110（反码=原码符号位不变，其他按位取反）
-1的补码：111111111 111111111 111111111 111111111（补码=反码+1）
这个补码也就是我们上面说的ff ff ff ff

到这块，我们知道了，计算机里整形存的是补码，但是为啥是补码呢？我直接存原码不行吗？
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。

下面是原反补互相得到的方式

除了上面这种方式，补码想得到原码，也可以直接按位取反，然后再加一

举个例子：
-1的补码为 11111111 11111111 11111111 11111111
符号位不变，其他位按位取反 1000000 0000000 0000000 0000000
最后+1得 1000000 0000000 0000000 0000001，也就是-1的原码

3.3大小端问题

int main()
{
    //8个16进制数字正好占32位比特位
	int a = 0x11223344;//0x表示这是一个16进制数字
	//11是该数字的高位，44是该数字的低位！
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7

可以看到，我们这个编译器是把低地址内容放到了低地址处，高地址内容放在高地址处
我们称它为：小端字节序

还有一种放法是：低地址内容放到了高地址处，高地址内容放在低地址处
我们称它为：大端字节序

快速记忆：低位地址放低地址就是小端，否则就是大端。你记住“低-低-小”即可

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）

int main()
{
	int a = 1;//00 00 00 01
	char* p = (char*)&a;
	if (*p == 1)
	{
		printf("小端");
	}
	else
	{
		printf("大端");
	}
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

3.4整形提升与有/无符号数

下列代码输出什么？
例1：

#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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9

大部分编译器char都是默认signed char的，笔者这个编译器也是。
所以我们这里只要解释一下为啥char a=-1和unsigned char c=-1即可

-1是一个整形，它的原反补如下：
原码：00000000 00000000 00000000 00000001
反码：011111111 111111111 111111111 111111110
补码：011111111 111111111 111111111 111111111

但是把-1赋值给a时，由于a是char类型，所以存储时会截断变成111111111
同理，c是unsigned char类型，存储时也会截断变成111111111

我们打印时，是以%d的形式打印，是打印有符号整形

所以char类型a在打印的时候，会整形提升，会由1字节（8比特位）变成4字节（32位比特位）
整形提升：
如果是无符号数，则高位直接补0；
如果是有符号数，则高位全补符号位。

a是有符号数，高位补符号位
a的补码：111111111 111111111 111111111 11111111
a的反码：111111111 111111111 111111111 11111110
a的原码：10000000 00000000 00000000 0000001
转换成10进制也就是-1

由于c是无符号数，高位补0
c的补码：00000000 00000000 00000000 11111111
然后我们无符号数，是认为和非负数一样的，也就是原反补码相同
c的原码：00000000 00000000 00000000 11111111
转换成10进制也就是255

例2：

#include 
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7

-128是一个整形，它的原反补如下：
原码：10000000 00000000 00000000 10000000
反码：111111111 111111111 111111111 011111111
补码：111111111 111111111 111111111 10000000

-128赋值给char类型的a，存储时会发生截断变成10000000

我们的a是char类型，是有符号的数，发生整形提升，高位补符号位
补码：111111111 111111111 111111111 10000000

我们打印时，是以%u的形式进行打印，是打印无符号整形（非负数原反补相同）
原码：111111111 111111111 111111111 10000000
转换成10进制是下面这个数字

例3：

#include 
int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7

128是一个整形，它的原反补如下：
原码：00000000 00000000 00000000 10000000
反码：01111111 111111111 111111111 011111111
补码：01111111 111111111 111111111 10000000

-128赋值给char类型的a，存储时会发生截断变成10000000

我们的a是char类型，是有符号的数，发生整形提升，高位补符号位
补码：111111111 111111111 111111111 10000000

我们打印时，是以%u的形式进行打印，是打印无符号整形
原码：111111111 111111111 111111111 10000000
转换成十进制和例2的数字一样

小结：
整形提升的时候，看的是你原先是char a还是unsigned char a
但是打印的时候%d则视最高位为符号位，是否把补码转换成原码你得考虑正负。
%u则视最高位为有效位，补码也就是原码，直接打印补码即可。

例4：

#include 
int main()
{
	int i = -20;
	unsigned  int  j = 10;
	printf("%d\n", i + j);
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8

计算机中加减操作都是对补码进行的
-20的原反补如下：
原：10000000 00000000 00000000 00010100
反：111111111 111111111 111111111 11101011
补：111111111 111111111 111111111 11101100

10原反补相同
补：00000000 00000000 00000000 00001010

10+20补码
111111111 111111111 111111111 11110110
ps:这里进行计算时会进行算术转换，整形变成无符号整形
总而言之，你是什么类型的数据存储在内存里不重要，我打印的时候再决定你最后是什么类型

我们打印时，是以%d的形式进行打印，是打印有符号整形
这里就要把补码转换成原码

反码111111111 111111111 111111111 11110101
原码10000000 00000000 00000000 00001010
转换成10进制就是-10

例5：

#include
int main()
{
	char a[1000];
	int i;
	for (i = 0;i < 1000;i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	printf("%d", strlen(a));
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

解释如下图：

上图也可以画成一个圈来帮助记忆，如下图

知道了signed char 的存储，该题基本上就迎刃而解了。
我们把数组a的内容画出来：

知道了数组a里面放的内容，还要知道strlen这个函数的特性，它是检测到\0停止，\0不计算
而我们的0，存放在内存里也就是\0，所以第一次检测到0就结束了。

0前面一共有-1 ~ -128还有127 ~ 1，一共是128+127=255个字符，所以打印255

例6：

#include
unsigned char i = 0;
int main()
{
	for (i = 0;i <= 255;i++)
	{
		printf("hello!\n");
	}
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

解释如下：

unsigned char也是0000 0000 ~ 1111 1111，只不过这里最高位是有效位（你可以理解为全是非负数）

最高的数也就是1111 1111，转换成10进制是255，然后我们这里1111 1111再+1会变成1 0000 0000
但是unsigned char只有8位，会发生截断，又会变成0000 0000

所以我们这里会变成死循环，永远无法大于255

四、浮点型在内存中的存储

常见的浮点数：
3.1415926
1E10
ps:1E10这种是科学计数法，表示1.0*10^10
浮点数家族包括： float、double、long double 类型。

浮点数存储的实例：

#include
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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

对于第一个值9，因为我们&n得到了n的地址，
然后强制类型转换变成了float类型的指针（和int类型指针一样，大小都是4字节），
把这个指针赋给float*类型 pFloat，虽然指针类型变了，但是指针里面存储的地址还是n的地址，
所以可以通过pFloat找到n，然后以%d形式打印n的值9

而第一个*pFloat的值，我们知道pFloat是存储n的指针，
然后 *pFloat就是对这个指针解引用，得到该地址里面的值，
但是为啥打印的是0.000000呢？
我们n是以整形的形式放进去的，但是我们要拿出来，也就是以%f形式打印，
发现是0.000000，就说明浮点型的存储方式和整形不一样，如果一样，那拿出来应该也是9

对于num的值，我们*pFloat = 9.0，也就是找到n的那块地址，然后把该地址上的值用浮点数9.0赋值，也就是说，我们是用浮点型的形式放进去了。然后我们%d打印该值，发现也不是9.0，
再次验证浮点型的存储方式和整形不一样

第二个*pFloat的值，因为我们是以浮点型的形式放进去，
然后再以浮点型的形式拿出来（以%f的形式进行打印），所以我们这里可以正常打印9.0

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。


十进制5.5转换成二进制101.1后，再使用科学计数法，就是1.011*2^2

所以我们计算机中的5.5表示如下
(-1)^0 * 1.011 * 2^2
S=0
M=1.011
E=2

然后类比其他的浮点数，我们也是可以通过SME这三个数很快的还原出来
那么我们内存里也不用存那么多数字了啊，只要存S、M、E即可
ps:对于M和E实际上是存的是和它们相关的值，不是直接存M和E


IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定。

关于有效数字M
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，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。

关于指数E
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1000 1001。
再比如，2^-1的E是-1，所以保存成32位浮点数时，必须保存成-1+127=126，即0111 1110

解释前面的题目：

#include
int main()
{
	float f = 5.5f;
	//5.5转换成二进制是101.1
	
	//(-1)^0 * 1.011 * 2^2 
	//S = 0
	//M = 1.011
	//E = 2

	//E=2,根据IEEE754，存储在内存中是2+127=129，转换成二进制是1000 0001
	//0 10000001 01100000000000000000000
	//S E        M
	
	//上面的01000000101100000000000000000000转换成十进制就是1,085,276,160
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

五、总结

本文介绍了整形和浮点型的数据类型，对于整形又细讲了原码、反码、补码和整形提升相关知识点，整形提升的例题也在文章着重讲解了。对于浮点型则是细讲了IEEE754规定的存储。本文相对而言并不复杂，相信耐心学习的你一定有所收获！