C语言中数据是如何存储在内存中的

目录
  • 前言
  • ‍数据类型介绍
  • ‍整形数据在内存中存储
  • ‍浮点型数据在内存存储

前言

在计算机内存中，数据的存储方式都是以0和1的形式存储，也就是二进制的形式，数据是如何向内存写入的呢？整形数据以补码的形式存储，浮点型的存储规则较多，类似于科学计数法。

‍数据类型介绍

为什么需要有这些数据类型？

数据类型解决了数据存储的问题。

‍整形数据在内存中存储

整数中有三种二进制表示形式，分别是原码、反码、补码，正整数的原码 = 反码 = 补码，通常取最高位作为符号位。

原码：直接将正负整数按照二进制形式转换即可。

15原码:  (0) 1111 
-15原码: (1) 1111
23原码:  (0) 10111
-28原码: (1) 11100
注意：()表示符号位,1表示负，0表示正。

补码：负整数的补码将原码的符号位不变，其它位依次取反。

15反码:  (0) 1111 
-15反码: (1) 0000
23反码:  (0) 10111
-28反码: (1) 00011

反码：负整数的反码在补码的基础上+1

15补码:  (0) 1111 
-15补码: (1) 0001
23补码:  (0) 11000
-28补码: (1) 00100

对于整形数据来说：数据存放的实际是存放补码。

当我们定义变量时，系统会根据变量的数据类型，给变量开辟空间。这也是为什么要引入数据类型这个概念。

1.举例：5是如何存储到内存中

5是一个整形常量，在C语言中写一个整形常量，不超过int类型所能表示的范围，以32位表示整形常量。

5的原码码 = 补码 = 反码

5原码：00000000 00000000 00000000 00000101

5存入short类型的变量：取后16位

00000000 00000000 00000000 00000101

5存入int类型的变量：取32位

00000000 00000000 00000000 00000101

2.举例：-10是如何存储到内存中的

-10原码：10000000 00000000 00000000 00001010

-10反码：11111111 11111111 11111111 11110101

-10补码：11111111 11111111 11111111 11110110

-10存入short类型：取后16位

11111111 11111111 11111111 11110110

-10存入int类型变量：取32位

11111111 11111111 11111111 11110110

如何取出数据？

取出数据首先要知道数据的地址，得到地址后，如何确定取出范围，由变量的数据类型来决定。

int main()
{
	/*
	a的原码、反码、补码：00000000 10011000 10010110 1000000
	*/
	int a = 10000000;
	/*
	b是short*类型，解引用访问时，只有访问两个字节的权限
	*b拿出的数据是补码： 10010110 10000000->原码：11101001 10000000
	*/
	short* b = &a;
	printf("%d", *b);//-27008
	return 0;
}

为什么要使用补码的形式存储？

在计算机中CPU有中，只有加法器。以补码形式存储，符号位参与运算，既可以计算减法也可以计算加法。

大端存储模式：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：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。

大小端主要由处理器决定，与编译器，操作系统这些没有直接的关系。

‍浮点型数据在内存存储

根据国际标准IEEE（电气和电子工程协会）754，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；S = -1，V为负数
  • M表示有效数值，大于等于1，小于2
  • 2^E表示指数位

类似于科学计数法：1090 = 1.090*10^3

IEEE754规定单精度浮点型和双精度浮点型存储模型

IEEE 754对有效数字M和指数E，还有一些特别的规定。

1<=M<2，M可以写成1.xxxxxx的形式，xxxxxx表示小数部分。

IEEE754规定，在计算机内部保存M时，默认这个数的第一位总是1，因此可以舍去，只保存后面的xxxxxx部分。在读取时，再把第一位添上。节省一位有效数字.

对于指数E,情况比较多。

首先E为无符号整数，如果E为八位，取值范围时0~255，E为11位，取值范围为0~2047，但是再科学计数法中E可以出现负数，所以IEEE 754则规定，存入内存E的真实数必须加上一个中间数，对于八位的E，中间数为127，对于11位的E，中间数位1023。例如2^13的E是13，所以在保存E时，必须保存成13+127 = 140，即10001100。

指数E从内存中取出还可以分为3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的二进制位0.1，由于规定整数部分1<=M<2，即第一位必须位1，则将小数点右移一位，则为1.0*2^(-1)，E的实际存储位-1+127，E的实际存储为01111110，M = 1.0，小数部分为0，M的存储为23位00000000000000000000000。

则0.5的二进制表示形式位：

0 01111110 00000000 00000000 0000000

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，而是还原位0.xxxxxx的小数，这样可以表示0，以及接近于0的很小数字。

3.E全为1

如果有效数字M全位0，表示无穷大。

举例：

10.0转化为二进制形式为1010.0，相当于：1.010*2^3，按照标准格式 可得S = 0，M = 1.010，E = 3。

举例1：7.25是如何存储到内存中的呢？

首先将7.25转化为二进制111.01

写成标准形式：1.1101*2^2

S = 0，M = 1101，E = 2+127

0 10000001 11010000 00000000 0000000

验证：

有误的地方还请批评指正。

到此这篇关于C语言中数据是如何存储在内存中的的文章就介绍到这了,更多相关C语言数据存储内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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