一、数据类型介绍

1.1 基本内置类型

前面我们已经接触了 C语言的基本的内置类型

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    4/8字节longlong//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

注意：C语言没有字符串类型，long类型的字节数 >= int类型的字节数

这些类型的意义

使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）
如何看待内存空间的视角

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1.2 类型的基本归类

（1）整形家族

charunsignedchar//无符号signedchar//有符号shortunsignedshort [int]
signedshort [int]
intunsignedintsignedintlongunsignedlong [int]
signedlong [int]
longlongunsignedlonglong [int]
signedlonglong [int]

说明：char 类型的字符本质是 ASSCII码值，是整数，所以划分到整型家族

（2）浮点数家族

1. float
2. double

（3）构造类型

构造类型也叫自定义类型

数组类型结构体类型struct枚举类型enum联合类型union

（4）指针类型

int*pichar*pcfloat*pfvoid*pv

（5）空类型

1. void 表示空类型（无类型）
2. 通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。

1.3 有符号（signed）与无符号（unsigned）的区别

首先在计算机中，有符号数是可以用来区分数值的正负，而无符号数仅有正值，没有负值

其次当一个数是无符号数时，它的最高位仅用来表示该数的大小。而当一个数是有符号数时，此时的最高位称为符号位；该符号位为1时表示该数为负值，为 0 时则表示为正值

最后有符号数和无符号数两者表示的范围不同，即同样长度的字节，有符号数比无符号数的最大值出现缩水

二者最明显的区别就是二者表示的范围不同：

无符号数中，所有的位都用于直接表示该值的大小

有符号数中最高位用于表示正负，所以，当为正值时，该数的最大值就会变小

例如：无符号的 char（unsigned char），char 占用一个字节，也就是 8 bit，无符号最高位仅用来表示该数的大小

000000000000000100000002...
...
1111111011111111

1111 1111 转换成十进制就是 255，所以无符号 char 的范围是 0~255

下面看有符号的 char（signed char），是有符号数时，此时的最高位称为符号位；该符号位为1时表示该数为负值，为 0 时则表示为正值

00000000（内存存的都是补码）0000000100000002...
...
011111111000000010000001...
...
1111111011111111

0111 1111 转换成十进制就是 127，1000 000 的最高位是符号位，1000 0000不会对它进行计算，计算机直接解析成 -128，1000 0001就是 -127，1111 1111 就是-1，所以有符号char 的范围是 -128~127

其他类型以此类推，可以计算出各种类型的大小

注：我们平常写的char、int...这些默认为有符号类型

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说明：limits.h 定义了整型数的取值范围的相关信息，需要的可以到里面查看

二、整形在内存中的存储

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

那接下来我们谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的

例如：

int a = 20;

我们都知道为 a 开辟了四个字节的空间，那么 a 是如何存储的？

2.1 原码、反码、补码

原码、反码和补码，这个已经在操作符那里详细解释过了，这里就不再详细解释了，就简单介绍规则。

计算机中的整数有三种表示方法，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”，而数值位负整数的三种表示方法各不相同

原码：直接根据数值写出的二进制序列就是原码（如果是32位平台，就是 32 位二进制序列）

反码：原码的符号位不变，其他位按位取反就是反码

补码：反码加1，就是补码

正数的原、反、补码都相同，负数的原码、反码、补码都不相同

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码

为什么以补码的形式储存呢？

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

解释：

（1）加法和减法也可以统一处理，就是说减法也可以写成加法，如1-1，可以写成 1+(-1)

1的补码：00000000000000000000000000000001-1的原码：10000000000000000000000000000001-1的反码：11111111111111111111111111111110-1的补码：11111111111111111111111111111111

进行相加

1的补码：00000000000000000000000000000001-1的补码：11111111111111111111111111111111——————————————————————————————————————————————————100000000000000000000000000000000

进行相加之后，超出了一位，舍弃，因为只有 32个比特位，在32位平台下，只保留 32个比特位

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

十进制也是 0（正数的原、反、补码都相同）

（2）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，如 -1

-1：-1的原码：10000000000000000000000000000001-1的反码：11111111111111111111111111111110-1的补码：11111111111111111111111111111111

补码反推回原码，我们也都会，把步骤逆过来就可以了

-1的补码：11111111111111111111111111111111-1的反码：11111111111111111111111111111110（补码-1）-1的原码：10000000000000000000000000000001（反码取反）

2.2 大小端

先看一段代码

#include<stdio.h>intmain()
{
inta=20;
return0;
}

在调试模式下查看内存

20转换成十六进制是 0x00000014，但是图中的地址为什么倒着存储呢？

下面引进大小端的介绍

2.2.1 什么是大小端

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；

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

如图所示：

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 32 bit 的 short 型 a ，在内存中的地址为 0x00000010 ， a 的值为 0x00001122 ，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，0x22 放在高地址中；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

2.2.3 大小端的判断

写程序判断其实也是这样的思路：

想办法取出一个字节的内容，就可以知道是哪种存储方式。比如，图上，0x12345678 是4个字节，我们只要取出它的第一个字节内容，如果是78，则说明是小端存储；反之是大端

用指针的办法：把变量强制类型转换为char*，这样就可以每次取出一个字节的内容

代码如下：

#include<stdio.h>intcheck_sys()
{
inta=1; //为了方便，以1为例，也可以使用其它数char*p= (char*)&a;
return*p;
}
//int check_sys()//{//  int a = 1;//  return *(char*)&a;//简化//}//intmain()
{
intret=check_sys();
if (ret==1)
    {
printf("小端\n");
    }
else    {
printf("大端\n");
    }
return0;
}

还有另一个方法联合（union）的知识可以判断大小端，这里不介绍了

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三、浮点型在内存中的存储

常见的浮点数：3.14159、1E10（科学计数法表示）

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

3.1 例子

先看一个例子

#include<stdio.h>intmain()
{
intn=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);
return0;
}

运行结果

后面进行解释，下面解释浮点数的存储规则

3.2 浮点数存储规则

上面的结果说明了整数和浮点数的存储不大相同，要理解这个结果，就要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法

根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会） 754标准，任意一个二进制浮点数 V 可以表示成下面的形式：

(-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（1 <= M < 2）
2^E 表示指数位

比如，一个浮点数为 V = 5.0，转换成 754标准：

V=5.0；5.0->110.0（二进制表示）->1.1*2^2（科学计数法表示）注：科学计数法类比十进制，比如123.45，科学计数法表示为：1.2345*10^21.1*2^2用754标准表示V=5.0；=1.1*2^2= (-1)^0*1.1*2^2S=0M=1.1E=2

再比如，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

再举栗一个：

说明：小数点后面的权重是从 -1 开始的，比如 0.abc，第一位的权重是 a，二进制表示为 2^(-1) ，第二位的权重是 b，二进制表示为 2^(-2) ，第三位的权重是 c，二进制表示为 2^(-3)

用二进制表示一些小数的时候，我们发现要用很多位二进制来表示那个小数，比如十进制的 0.999，小数部分用二进制表示就会很长，而32位下的机器浮点数只有 32个bit，完全放不下。

这时候就会发生精度丢失，把超过 32个bit 后面的二进制数舍弃，这样小数的精度就不准确了

float-4Byte-32bitdouble-8Byte-64bit

下面回归正题

看一个例子

#include<stdio.h>intmain()
{
floatf=5.5;
//5.5//101.1//1.011*2^2//s=0 m=1.011 e=2//0 10000001 01100000000000000000000 （32位下二进制表示）//(-1)^0 * 1.01100000000000000000000 * 2^2// // 0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000//0x40 b0 00 00（十六进制表示）return0;
}

调试下查看

我们发现，浮点数存储确实是这样子

下面还有一些 754标准注意事项

IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别规定

M：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

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

浮点数可以存进去，也要取出来，然后，指数E从内存中取出还可以再分成三种情况：

（1）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

（2）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

（3）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）

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3.3 解释前面 3.1 的题目

为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 ？

1. int 9的补码二进制表示
2. 9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

首先，将 int 9 的补码二进制存储看成浮点数存储的，强制类型转换后的二进制表示，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

00000000000000000000000000001001

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，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

第四个就不解释了

----------------我是分割线---------------

文章就到这里

【C语言进阶(NEW)】一、数据储存详解

一、数据类型介绍

1.1 基本内置类型

1.2 类型的基本归类

1.3 有符号（signed）与无符号（unsigned）的区别

二、整形在内存中的存储

2.1 原码、反码、补码

2.2 大小端

2.2.1 什么是大小端

2.2.2 为什么有大端和小端

2.2.3 大小端的判断

三、浮点型在内存中的存储

3.1 例子

3.2 浮点数存储规则

3.3 解释前面 3.1 的题目

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【C语言进阶(NEW)】一、数据储存详解

一、数据类型介绍

1.1 基本内置类型

1.2 类型的基本归类

1.3 有符号（signed）与无符号（unsigned）的区别

二、整形在内存中的存储

2.1 原码、反码、补码

2.2 大小端

2.2.1 什么是大小端

2.2.2 为什么有大端和小端

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