【c语言进阶】深入挖掘数据在内存中的存储

铁汁们，今天给大家分享一篇数组及详解冒泡排序，来吧，开造⛳️

数据类型介绍

类型的意义： 类型是用来创建变量， 变量的创建需要在内存中开辟一块内存空间 ，用来存储变量的值，类型的大小决定了开辟内存空间的大小 。

数据类型基本分类及其大小

基本内置类型：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(int));              //结果为 4
	printf("%d\n", sizeof(short));           //结果为 2
	printf("%d\n", sizeof(char));            //结果为 1
	printf("%d\n", sizeof(long));           //结果为 4
	printf("%d\n", sizeof(long long));     //结果为 8
	printf("%d\n", sizeof(float));        //结果为 4
	printf("%d\n", sizeof(double));      //结果为 8
	return 0;
}

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c语言标准只规定sizeof(long)只要大于等于sizeof(int)即可。

构造类型：

指针类型：char* p、int* a、float* b等。

空类型：void,用于函数的返回值，函数参数、指针类型。

注意：void* p,空指针既不能进行解引用操作，也不能进行加减整数操作，若想要操作p所指向的值，则需要根据题意，进行强制类型转换。

整形在内存中的存储方式

原码、反码、补码

整形值在计算机内存中有三种不同表示形式：原码、反码、补码。三种表示形式均有一位符号位、其余为均为数值位。

符号位：0表示正数、1表示负数；数值位：原、反、补码均相同。

负整数二进制三种表示方式：

原码：

将数值根据正负数的形式直接翻译成二进制序列就得到原码。

反码：

将原码符号位不变，其他位依次按位取反（二进制数位取反，将0变成1，1变成0）就得到反码。

补码：

将反码加一就得到补码。

注意：正整数的原码、反码、补码均相同。
例子：

注意：用于计算或存放在内存中全为补码，涉及该值打印时为原码（需要把计算的值补码->反码->原码）。

在计算机系统中，数值全部用补码来计算和存储，原因是补码，可以将符号位和数值位统一处理，而cpu中只有加法器，需要将减法转化为加法进行处理。

补码与原码相互转化，其运算过程是相同的：

大小端介绍

前提：以字节为单位，讨论存储顺序。

大端字节序存储：

是指数据的低位存放在内存中高地址处，数据的高位放在内存中低地址处。

小端字节序存储：

是指数据的低位存放在内存中低地址处，数据的高位放在内存中高地址处。

大小端字节序由来：
在计算机内存中，我们是以字节为单位的，每个内存单元大小为一个字节，一个字节对应着8个bit位，但在c语言中除了有8bit的char型，还有16bit位short型，还有32bit位int型，具体为多少要看具体的编译器，不同编译器所规定类型的大小不尽相同，对于位数大于8位的处理器，寄存器宽度大于1个字节，必然存在如何将多字节数排序列的问题，从而引起了大小端的诞生。对于char类型数据无大小端存储模式。

判断一个系统是大端还是小端

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
int main()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;
	printf("%d\n", *p);
	return 0;
}
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此处博主是用vs2019进行测试的，说明vs编译器是采用小端字节序存储方式进行存储数据。

char与unsigned char值范围与图解

char为字节，一个单位，8个bit位，有signed char、unsigned char这两种类型。

char、signed char范围：-128~127

unsiged char范围：0~255

整形存储相关练习题

扩展知识补充：整形提升

发生整形提升的条件：字节数小于int型，也就是char、short类型在参与计算时会发生整形提升，因为计算机计算时默认为Int型，4个字节，参与运算。

注意一个数发生整形提升时:
a.首先看其自己的类型，若为char、short型，为有符号位，整形提升时看最高位.
b.其次看在打印时，看是以什么格式进行打印，%d是打印有符号位十进制整数（将该数看成有符号数，补码转化为原码在进行打印），%u是打印无符号十进制整数（将该数看成整数，直接转化为十进制进行打印）。

题一、

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 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;
}
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图解分析：

题二、

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
int main()
{
	char a = -128;
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}
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图解分析：

题三、

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
int main()
{
	char a = 128;
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}
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图解分析：

题四、

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
int main()
{
	int i = -20;
	unsigned int j= 10;
	printf("%d\n", i + j);
}
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图解分析：

题五、

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
#include
int main()
{
	unsigned int i;
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
		Sleep(1000);
	}
	return 0;
}
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题解分析：因为i的类型为unsigned int型，i为正数，i的值>=0,for循环中的条件判断恒为真。

浮点数在内存中的存储方式

扩展知识：若想要观察整形家族在内存中的值的范围，整数表示的范围，是在#include中定义，浮点数值的范围是在#include中定义。

浮点数存储规则

根据国际标准IEEE(电气和电子工程协会）754规定，任意一个二进制浮点数科学计数法变现形式为：

IEEE 754规定：

对于32位的浮点数float型(单精度浮点数），最高1位为符号位S, 接着其后8位为指数E, 剩下的23位为有效数字位M。
对于64位的浮点数double型（双精度浮点数），最高1位为符号位S, 接着其后11位为指数E, 剩下的52位为有效数字位M。

如图所示：

将浮点数存入内存中，IEEE 754对有效数字M和指数E的规定：

对于M:

由于1<=M<2,M可以写成1.XXXXX形式，其中XXXXX表示小数部分，在计算机内部保存M时，因默认这个数的第一位总是1，因此可以被舍去，只保留XXXXX小数部分。

对于E:

E为一个无符号整数，E为8位时，取值范围为0到255，E为11位时，取值范围为0到2047。
但在科学计数法中的E是可以为负数的，所以，IEEE754规定，存入内存时E的真实值必须加上个中间数，对于8位的E,这个中间数为127，对于11位的E,这个中间数为1023（若某个数加上中间数大于E的取值范围，则会越界，但由于IEEE 754的规定，一般不会出现某个数加上中间数大于E的取值范围）。

例子图解：

将浮点数从内存中取出，IEEE 754对有效数字M和指数E的规定：

对于M:

把第一位的省略的1直接加上去，其后加个小数点，在其后加上存入内存中M部分，在特殊情况下M的取出与E也有关。

对于E:分类讨论

a.E不全为0或不全为1：将存入内存中的E减去127或者1023，就可得到真实值；

b.E全为0：浮点数E等于1-127或者1-1023,即为真实值，此时，有效数字M不在加上第一位的1，而是还原成
0.XXXXX的小数，这样做的目的是为了表示是0，以及接近1于0的很小数字。(127-127=E->1.XXx*2^-127约等于0）。

c.E全为1（255=127+128，1.01->*2^128趋向正无穷），此处博主不在展开叙述。

案列

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;
}
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解析：

a.以整数的形式放进内存中，在以整数的形式拿出来，结果才会为整形、以浮点数的形式放进内存中，在以浮点数的形式拿出来，结果才会为浮点数。

b.因为小数与整数在内存中的存储方式不同:

以整数的形式放在内存中，将其转化为二进制数，在以浮点数的形式打印，则将该二进制数当作浮点数的二进制数表示形式，在按照浮点数从内存中取出的规则来进行计算。

以浮点数的形式放在内存中，将其转化为浮点数二进制数，在以整数的形式打印，则将该二进制数直接当作整数的二进制数表示形式，按照补码->反码->原码，进行原码的打印。

结语

铁铁们，深入挖掘数据在内存中存储就到此结束啦，若博主有不好的地方，请指正，欢迎铁铁们留言，请动动你们的手给作者点个👍鼓励吧，你们的鼓励就是我的动力✨