前言

之前寫過一篇關(guān)于??C語(yǔ)言內(nèi)存管理??的文章，對(duì)在C語(yǔ)言中使用內(nèi)存中需要注意的一些問題和解決辦法做了一些總結(jié)。實(shí)際上，內(nèi)存終歸是要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，這次對(duì)C語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)做一些討論。

(資料圖)

本文結(jié)構(gòu)：

C語(yǔ)言數(shù)據(jù)類型

C語(yǔ)言數(shù)據(jù)類型可以分為兩大類：內(nèi)置數(shù)據(jù)類型和構(gòu)造數(shù)據(jù)類型

內(nèi)置類型包含整形家族、浮點(diǎn)型、指針類型和空類型；構(gòu)造數(shù)據(jù)類型可以由基本數(shù)據(jù)類型進(jìn)行組合以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的自定義，包含數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、枚舉和聯(lián)合。

整型家族包含各種類型的??int???類型，因?yàn)??char???類型在內(nèi)存中以??ASCII???碼值的形式存儲(chǔ)，所以也被歸為整型家族；浮點(diǎn)型包含??float???和??double??類型；指針類型種類較多，可以是任意內(nèi)置類型的，指針類型的意義主要是解引用時(shí)訪問空間的大小和決定指針加一的步長(zhǎng)；??void??類型常見于函數(shù)的參數(shù)和返回值。

構(gòu)造數(shù)據(jù)類型相對(duì)自由，可以由不同內(nèi)置數(shù)據(jù)類型進(jìn)行構(gòu)造。關(guān)于??構(gòu)造數(shù)據(jù)類型??相對(duì)詳細(xì)的討論可以參考我之前的一篇文章。

為什么數(shù)組屬于構(gòu)造數(shù)據(jù)類型：

#includeint main(){  int arr1[10] = { 0 };//數(shù)組arr1的類型為 int [10]  int arr2[11] = { 0 };//數(shù)組arr2的類型為 int [11]  return 0;}

數(shù)據(jù)類型的意義

數(shù)據(jù)類型的意義主要體現(xiàn)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)兩個(gè)角度。

一方面，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，可以明確所需存儲(chǔ)空間的大小，以更有效地利用內(nèi)存空間；另一方面，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，能夠明確如何看待內(nèi)存塊，準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)讀出。

整形的存儲(chǔ)

作為內(nèi)置數(shù)據(jù)類型最龐大的家族，整形的存儲(chǔ)相對(duì)簡(jiǎn)單。整型在內(nèi)存中以補(bǔ)碼存儲(chǔ)，正數(shù)的原碼反碼補(bǔ)碼相同，負(fù)數(shù)需要另做計(jì)算。

原碼、反碼、補(bǔ)碼

原碼即十進(jìn)制數(shù)直接轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制之后的二進(jìn)制序列；原碼的符號(hào)位不變，其他位按位取反得到反碼；反碼加一得到補(bǔ)碼。

規(guī)定正數(shù)的原碼反碼補(bǔ)碼相同，補(bǔ)碼實(shí)際上是為了存儲(chǔ)負(fù)數(shù)和進(jìn)行減法運(yùn)算而存在的。因?yàn)?strong>CPU只有加法器，計(jì)算減法時(shí)實(shí)際上計(jì)算的是正數(shù)加負(fù)數(shù)，如果直接將兩者的原碼形式相加，便會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)果。

另外，由于原碼與補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換過程是相同的，原碼按位取反加一可以得到補(bǔ)碼，補(bǔ)碼按位取反加一可以得到原碼，所以二者之間的轉(zhuǎn)換不需要額外的硬件電路。

int main(){  int a = 1;//00000000 00000000 00000000 00000001  int b = 1;//00000000 00000000 00000000 00000001  int c = a - b;//a + (-b) 1 + -1  //11111111 11111111 11111111 11111111 - -1的補(bǔ)碼  //00000000 00000000 00000000 00000001 - 1的補(bǔ)碼  //00000000 00000000 00000000 00000000 - 相加結(jié)果  return 0;}

大小端

如果你在X86平臺(tái)上有過內(nèi)存調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，就一定會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)并沒有乖乖地按順序排列起來(lái)，而是一個(gè)倒序排列。這與機(jī)器的內(nèi)存存儲(chǔ)模式有關(guān)。

對(duì)于大小大于一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，必然會(huì)存在如何安排多個(gè)字節(jié)的問題，這就產(chǎn)生了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式。

當(dāng)前存在兩種存儲(chǔ)模式：大端存儲(chǔ)和小端存儲(chǔ)。大端存儲(chǔ)又稱為大端字節(jié)序存儲(chǔ)，這種模式在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)的低位存在高地址處，將數(shù)據(jù)的高位存在低地址處；小端存儲(chǔ)模式在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)恰好相反，體現(xiàn)出數(shù)據(jù)呈倒序存儲(chǔ)的現(xiàn)象。不管是大端或小端，兩者都是以字節(jié)為單位進(jìn)行存儲(chǔ)的。

浮點(diǎn)型的存儲(chǔ)

浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)雖然種類少，但是存儲(chǔ)方式相對(duì)復(fù)雜。

一個(gè)實(shí)例

int main(){  int n = 9;  float *pFloat = (float*)&n;  printf("n的值為：%d\n",n);  printf("*pFloat的值為：%f\n",*pFloat);  *pFloat = 9.0;  printf("num的值為：%d\n",n);  printf("*pFloat的值為：%f\n",*pFloat);  return 0;}

程序的輸出情況是什么？如果你運(yùn)行程序，大概率會(huì)發(fā)現(xiàn)程序的輸出并不如你所料。為了弄清楚這個(gè)現(xiàn)象，就需要了解浮點(diǎn)型的存儲(chǔ)規(guī)則。

存儲(chǔ)規(guī)則

根據(jù) IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù) ??F?? 都可以寫成以下形式：

舉例：

5.5在內(nèi)存中的存儲(chǔ)：5.5轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制：5.0 = 101.1101.1轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式：101.1 = (-1)^0 * 1.011 * 2^2所以5.5在內(nèi)存中存儲(chǔ)時(shí)：S = 0; M = 1.011; E = 2

IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

32位的浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中以這種規(guī)則存儲(chǔ)：最高的 1位是符號(hào)位??S??，接著是8位的指數(shù)??E??，最后的 23位為有效位。

64位的浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中以這種規(guī)則存儲(chǔ)：最高的 1位是符號(hào)位??S??，接著是 11位的指數(shù)??E??，最后的 52位為有效位。

由于有效位總是大等于一小于二的，所以在存儲(chǔ)時(shí)只存儲(chǔ)小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)字，這樣可以節(jié)省一位有效數(shù)字。

對(duì)于指數(shù) E 有些特別的規(guī)定：

E為一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)。如果E為 8位，則它的取值范圍是??0~255??_；如果E為11位，則它的取值范圍是??0~2047??。但實(shí)際上，E 可能出現(xiàn)為負(fù)數(shù)的情況，為了解決這個(gè)問題，需要在存入內(nèi)存時(shí)將E加上一個(gè)中間值（127或1023）。比如存儲(chǔ)5.5時(shí)，E為2，在存儲(chǔ)時(shí)需要加上127，即在內(nèi)存中存儲(chǔ)的是129，即??1000 0001??。

將E從內(nèi)存中取出時(shí)有三種情況：

一.E即含 0 又含 1

這種情況直接將E減去相應(yīng)的中間值即得到原值。

二.E為全0

這時(shí)E為 1減去中間值即為真實(shí)值(-126或-1022)，且 M不再加上一，而是還原為??0.xxxxxx??以表示接近0的數(shù)字。

三.E為全1

這時(shí)可以將E的原值看做128或1024，結(jié)合S的值，表示正/負(fù)無(wú)窮大。

帶回實(shí)例

這時(shí)我們可以對(duì)開始的例子作出解釋。

int main(){  int n = 9;  //00000000 00000000 00000000 00001001 - 9的補(bǔ)碼  float *pFloat = (float*)&n;  //0 00000000 00000000000000000001001 - 在pFloat的視角下9的存儲(chǔ)模式是浮點(diǎn)型  //S    E           M  //(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^(-126)  //以浮點(diǎn)型打印即為:0.000000  printf("n的值為：%d\n",n);//9  printf("*pFloat的值為：%f\n",*pFloat);//0.000000  *pFloat = 9.0;//對(duì)n進(jìn)行修改  //1001.0 - 9.0  //(-1)^0 * 1.001 * 2^3  //0 10000010 00100000000000000000000 - 9.0  //01000001000100000000000000000000 - 以%d形式打印的n  printf("num的值為：%d\n",n);//1,091,567,616  printf("*pFloat的值為：%f\n",*pFloat);//9.0  return 0;}