前言：
這一篇我們來深度剖析數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲，讓我們走進數(shù)據(jù)在內(nèi)存中到底是任何進行存儲的，不同的數(shù)據(jù)類型有何差異。

一、數(shù)據(jù)類型詳細介紹及歸類

1.數(shù)據(jù)類型介紹

基本內(nèi)置類型(即為C語言本身具有的類型)：

我們先前學到的這幾類基本類型：

ps：一些較為老的編譯器中沒有l(wèi)ong long類型。

類型的兩個重要意義：

1. 類型決定開辟內(nèi)存空間的大小（大小決定了使用范圍）。
2. 類型決定了看待內(nèi)存空間的視角。

對于第一個意義，我們可以拆開來看待：

1.這么多種類型又如何分類？

我們可以歸類一下，因為char字符在底層存儲的時候是ASCII碼值，ASCII碼值為整數(shù)，所有也算屬于整形。所以上面的char到long long 都屬于整形家族，float和double為浮點數(shù)家族。

2.而為什么要有整形浮點型的劃分呢？

因為我們生活中到處都是整數(shù)和小數(shù)。

3.為什么要有如短整型長整形，單精度雙精度之分呢？

這是因為我們在創(chuàng)建類型的內(nèi)存大小直接影響我們所能存儲的范圍大小，簡單來說就是能使用適當?shù)目臻g去存儲適當?shù)闹担恢劣谔蟮目臻g浪費或越界溢出。

而第二個意義中，就是類似于同一種事務以不同的看法去看待它和對待它。

比如下面代碼：

int main(){   int a = 10;   float b = 10.0f;   return 0;}

在這里，a和b所創(chuàng)建的類型都是4個字節(jié)，而不同的是類型，當你用int類型創(chuàng)建的時候，a的創(chuàng)建，存取都是按照整形來操作；同理在創(chuàng)建b的時候，就是完全按照float類型來了。

具體有什么不同，我們接著往下看就知道了。

2.類型的基本歸類

① 整形家族

ps：[ ]內(nèi)可省略，如 signed short int 可寫為signed short,或者short int 也可以寫為short。

我們可以看到在整形家族中，每個類型分為有無符號兩種，而一般我們在編譯過程中，定義一個整形的時候并沒有在前面寫有無符號，這時一般默認為有符號。如：int a = 10；定義的a就是有符號的，short和long同樣適用。

但char 在定義的時候，默認符號取決于編譯器，大多數(shù)編譯器中char是有符號的char，即為signed char。

即：

#include int main(){	//有無符號？	char a;//取決于編譯器	short b;//等于 signed short	int c;//等于 signed int	long d;//等于 signed long	return 0;}

那么有符號和無符號有什么區(qū)別呢？

我們知道，整數(shù)有原反補三種編碼方式，原碼為顯示數(shù)值的形式，補碼為在內(nèi)存中存儲的形式。

有符號的原碼中，最高位為符號位，即0代表正號，1代表符號，其他位是有效(數(shù)值)位。而無符號的原碼中，全部為有效(數(shù)值)位。

我們來看這一段代碼：

int main(){	unsigned char c1 = 255;	signed char c2 = 255;	char c3 = 255;	printf("%d/n", c1);	printf("%d/n", c2);	printf("%d/n", c3);	//三個輸出分別是多少？	return 0;}

答案是： 255 ，-1 ， -1 。

還不清楚原碼反碼補碼的可以到 【C語言】從入門到入土（操作符篇）中的移位操作符處學習一下。也可以先看下面也有介紹。

當我們將255儲存的時候，其原碼為11111111，因為正數(shù)原反補碼相同，所有在內(nèi)存中存儲的時候也是11111111。不清楚我們可以打開內(nèi)存中查看。在vs2019中 F10運行起來，然后點擊調(diào)試——窗口——內(nèi)存——內(nèi)存1，然后輸入地址就可以看見了。

這里是十六進制顯示，一個f就是15，也就是二進制中1111，兩個f所以就是11111111，證明我們的原碼是正確的。那這里為什么有255和-1兩個結果呢？答案就在符號位那里：

int main(){	unsigned char c1 = 255;	signed char c2 = 255;	char c3 = 255;	//存進去時，都是 11111111	printf("%d/n", c1);	//取c1的時候，c1無符號，都是有效位，值為255		printf("%d/n", c2);	//取c2的時候，c2有符號，第一位符號位，是負數(shù)，需要算出原碼再得值	//補碼11111111  反碼11111110  原碼10000001  所以c2= -1 		printf("%d/n", c3);    //與c2同理得-1	return 0;}

當有符號和無符號存進去的時候都是255，但取出來的時候就在判斷有無符號的時候產(chǎn)生了差異，這里既然同一個數(shù)存儲取出的時候有不同，那有無符號的范圍也是有所不同的。

有符號char因為有負數(shù)域，所以范圍是 -128~127。
無符號char因為無符號，所以范圍是0~255，沒有負數(shù)。

而從char中，我們也可以延申計算出short，int，long等有無符號的范圍，這里就不一一計算了，有興趣的可以自己算一下。

② 浮點數(shù)家族

float

double

浮點型家族中有單精度浮點型和雙精度浮點型，什么時候用單精度什么時候用雙精度取決于你需要精度多高，你需要更高精度用double，不需要就用float，在float足夠用時用double的話會浪費內(nèi)存空間。

③ 構造類型

構造類型就是自己能夠創(chuàng)造的類型，自定義類型。

數(shù)組類型
結構體類型 struct
枚舉類型 enum
聯(lián)合類型 union

1.數(shù)組也是有類型的。

int main(){	int a = 0;	//整形類型	int arr[10] = { 0 };    //數(shù)組，arr為數(shù)組名    //去掉數(shù)組名就是數(shù)組類型，在這里數(shù)組類型是int    	return 0;}

我們可以驗證一下，當我們創(chuàng)建類型后需要計算類型大小的時候，我們可以用變量名來進行計算，也可以用類型來計算。

int main(){	int a = 0;	int arr[10] = { 0 };	printf("%d/n", sizeof(a));//4	printf("%d/n", sizeof(int));//4	printf("%d/n", sizeof(arr));//40	printf("%d/n", sizeof(int [10]));//40	    //答案是一樣的，說明數(shù)組除去數(shù)組名就是數(shù)組類型	return 0;}

2.關于結構體

關于結構體可以查看操作符篇中的詳解。

【C語言】從入門到入土（操作符篇）

3.枚舉類型

枚舉類型定義的一般形式為：

enum 枚舉名{ 枚舉值表 };

在枚舉值表中應羅列出所有可用值。這些值也稱為枚舉元素。

4.聯(lián)合類型

在后面的博客中再做詳解。

④ 指針類型

int *pi;char *pc;float* pf;void* pv;

指針也是有類型的。

當我們需要將一個變量的地址保存起來的時候，我們就需要用到指針，例如下面這段代碼中，p就把num的地址儲存了起來，p就是指針變量：

int num = 10;p = #

而指針的定義方式是： type + * ，如char * p；

其實： char* 類型的指針是為了存放 char 類型變量的地址。 short* 類型的指針是為了存放 short 類型變量的地址。 int* 類型的指針是為了存放int 類型變量的地址。

而指針類型的意義就在于確定了該指針的類型，就決定了指針向前或者向后走一步有多大（距離）。

⑤ 空類型

void 表示空類型（無類型）
通常應用于函數(shù)的返回類型、函數(shù)的參數(shù)、指針類型。

我們看下面兩段代碼：

void fun(){	printf("hello!");}int main(){	fun();	fun(10086);	//正常運行，輸出hello！hello！	return 0;}

void fun(void){	printf("hello!");}int main(){	fun();	fun(10086);	//能運行，但錯誤列表中提示錯誤，輸出hello！hello！	return 0;}

當我們調(diào)用自定義函數(shù)時，我們不設傳參，但在主函數(shù)中有值傳過去，結果也是不影響的，因為fun函數(shù)根本沒有接收這個傳參，我們也可以直接在函數(shù)后寫上void拒絕接收。

二、整形在內(nèi)存中的存儲

1.關于整形的大小范圍

我們可以直接在vs2019中去輸入下列代碼，然后點擊INT_MAX,轉到定義，就可以查看int的最大值和最小值了，同時還可以看到其他整形的最大最小值。

#include //整形限制大小頭文件INT_MAX;

2.變量創(chuàng)建時的內(nèi)存空間

當一個變量創(chuàng)建的時候是要在內(nèi)存中開辟空間的。空間的大小是根據(jù)不同的類型而決定的。

那數(shù)據(jù)在空間中是任何開辟的呢？
比如int a = -1，創(chuàng)建這個整形變量之后，內(nèi)存中會如何變化，我們來觀察觀察。

這里我們創(chuàng)建了一個變量a，F(xiàn)10代碼走起來之后，我們點擊查看內(nèi)存中的變化，地址寫&a，我們會發(fā)現(xiàn)當執(zhí)行完int a = -1后，&a處地址的值變成了ff ff ff ff，我們知道一個f就是4個1（十六進制轉二進制），那-1為什么會儲存中是8個f呢，這里就引進數(shù)據(jù)在儲存是有原反補三種編碼方式了。

3.原碼、反碼、補碼

計算機中的有符號數(shù)有三種表示方法，即原碼、反碼和補碼。三種表示方法均有符號位和數(shù)值位兩部分，符號位都是用0表示“正”，用1表示“負”，而數(shù)值位三種表示方法各不相同。正數(shù)的原、反、補碼都相同，負數(shù)則按下面規(guī)則進行運算。

原碼：
直接將二進制按照正負數(shù)的形式翻譯成二進制就可以。

反碼：
將原碼的符號位不變，其他位依次按位取反就可以得到了。

補碼：
反碼+1就得到補碼。

比如：

	int main(){	int a = -1;	//原碼：1 0000000 00000000 00000000 00000001	//反碼：1 1111111 11111111 11111111 11111110	//補碼：1 1111111 11111111 11111111 11111111	//原碼：顯示值	//補碼：數(shù)據(jù)存放內(nèi)存中其實存放的是補碼	return 0;}

4.補碼的表示與存儲

在計算機系統(tǒng)中，數(shù)值一律用補碼來表示和存儲。

原因在于，使用補碼，可以將符號位和數(shù)值域統(tǒng)一處理； 同時，加法和減法也可以統(tǒng)一處理（CPU只有加法器）此外，補碼與原碼相互轉換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬件電路。

單純理解可能有點困難，我們可以舉例理解：

int main(){	int a = 1;	int b = -1;	int c = a - b;    //c是怎么計算的呢	return 0;}

由于CPU只有加法器，所以表示為1+（-1）。

假設是用原碼計算（二進制運算）:

a：00000000 00000000 00000000 00000001
b：10000000 00000000 00000000 00000001
—————————————————————
c：10000000 00000000 00000000 00000010

結果為-2，但是1-1應該等于0呀。

用補碼計算：
a：00000000 00000000 00000000 00000001
b：11111111 11111111 11111111 11111111
—————————————————————
c：100000000 00000000 00000000 00000000
最前面的1會舍棄，保留后面的0得：
c：00000000 00000000 00000000 00000000

結果為0，這才是正確的答案。

所以說使用補碼，可以將符號位和數(shù)值域統(tǒng)一處理。

而最后一句，補碼與原碼相互轉換，其運算過程是相同的，不需要額外的硬件電路。就是說上面原碼轉反碼，反碼轉補碼的過程，還有倒回去也是成立的，不需要其他算法。

之前我們認識的原反補轉換：

而這句話中的原反補轉換：

也就是怎么從原碼轉換補碼，也可以以同樣的方式按順序從補碼轉換為原碼。

我們再看看，數(shù)據(jù)存儲中有什么地方值得我們關注的，內(nèi)存中有什么秘密，我們看一下這張圖：

圖中我們創(chuàng)建了兩個變量，一正一負，然后我們算出a和b在存儲中的十六進制表現(xiàn)形式，發(fā)現(xiàn)和內(nèi)存中倒了過來，我們明明得出a是00 00 00 ff，而在內(nèi)存中顯示為ff 00 00 00，這就涉及到大小段的概念了。

三、大小端字節(jié)序介紹及判斷

1.大小端介紹

大端（存儲）模式，是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的高位，保存在內(nèi)存的低地址中；

小端（存儲）模式，是指數(shù)據(jù)的低位保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的高位,，保存在內(nèi)存的高地址中。

為什么會有大小端：

因為在計算機系統(tǒng)中，我們是以字節(jié)為單位的，每個地址單元都對應著一個字節(jié)，一個字節(jié)為8bit。但是在C語言中除了8bit的char之外，還有16bit的short型，32bit的long型（要看具體的編譯器），另外，對于位數(shù)大于8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由于寄存器寬度大于一個字節(jié)，那么必然存在著一個如果將多個字節(jié)安排的問題。因此就導致了大端存儲模式和小端存儲模式。

例如一個 16bit 的 short 型 x ，在內(nèi)存中的地址為 0x0010 ， x 的值為 0x1122 ，那么 0x11 為高字節(jié)， 0x22為低字節(jié)。對于大端模式，就將 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，剛好相反。我們常用的 X86 結構是小端模式，而 KEIL C51 則為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來選擇是大端模式還是小端模式。

我們來看一個更詳細的例子：

0x表示以十六進制表示值，這樣子我們就很直觀的看見。我們所存儲的變量，在內(nèi)存中恰恰反著存儲了過來。

其實，數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲時，我們可以選擇千奇百怪的存儲方式，我們可以存進去時為11 33 22 44 ，也可以是22 33 11 44，但是為了規(guī)整統(tǒng)一，存取方便，我們就把其他的都除去了，留下了大小端這兩種存儲方式。

大小端圖示：

其實大小端儲存模式就是牽扯到數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存時字節(jié)順序的一個問題，而我們當前的vs2019就是小段字節(jié)序。

四、浮點型在內(nèi)存中的存儲

1.常見的浮點數(shù)及范圍

3.14159 ，1E10 （即為1.0乘以10的10次方），浮點數(shù)家族包括： float、double、long double 類型。

① 查看浮點數(shù)的大小范圍與整形的查看類似，float.h頭文件就是浮點數(shù)限制大小發(fā)文件。寫出下列代碼，然后點擊FLT_MAX，轉到定義，就可以查看了。

#include FLT_MAX;

②也可以在電腦中直接搜索float.h文件，然后把他拖到vs編譯器里面，也可以查看，直接用此電腦查看估計比較緩慢，這里推薦一個查找器everything（基于名稱快速定位文件和文件夾。）。

Everything 下載鏈接

快速查找定位文件和文件夾：

2.整形與浮點型存儲方式

整形與浮點型存儲方式是不是一樣的呢？

我們可以用一個代碼來試驗一下就知道了，我們存一個整形以浮點型的形式取出，存浮點型以整形的形式取出，看看數(shù)值是否正確便知。

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;}

結果是不一樣的！以整形存儲進去浮點型拿出的9得到的是0.00000，而浮點型存進去整形拿出的9.0竟然成了1091567616。

所以我們要重新理解浮點型是如何存儲的。

3.浮點型在內(nèi)存中的存儲

根據(jù)國際標準IEEE（電氣和電子工程協(xié)會） 754，任意一個二進制浮點數(shù)V可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2^E
• (-1)^s表示符號位，當s=0，V為正數(shù)；當s=1，V為負數(shù)。
• M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2。
• 2^E表示指數(shù)位。

舉例來說：

在這里，十進制小數(shù)點前面的，均按照二進制換算進行，而小數(shù)點后面的，則不是直接換算，而是小數(shù)點后面每一位，對應著2的負n次方的值，比如上面的5.5轉換后是101.1，小數(shù)點后面第一位表示的就是2的負一次方，即為0.5，小數(shù)點后面第二位就是0.25。但不要糾結如3.3的數(shù)字，這類數(shù)是比較難以保存的。

同理，當浮點數(shù)為負數(shù)的時候，s就是1，其他的不變。比如十進制的-5.0，寫成二進制是 -101.0 ，相當于 -1.01×2^2 。那么，s=1，M=1.01，E=2。

所以根據(jù)上述IEEE754規(guī)定，浮點數(shù)存儲的時候只需要存儲S，M，E三個數(shù)就可以了。

而存儲時空間的分配：
對于32位的浮點數(shù)，最高的1位是符號位s，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位為有效數(shù)字M。

對于64位的浮點數(shù)，最高的1位是符號位S，接著的11位是指數(shù)E，剩下的52位為有效數(shù)字M。

4.IEEE754的特別規(guī)定

IEEE 754對有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定！

①有效數(shù)字M：

前面說過， 1≤M<2 ，也就是說，M可以寫成 1.xxxxxx 的形式，其中xxxxxx表示小數(shù)部分。

IEEE 754規(guī)定，在計算機內(nèi)部保存M時，默認這個數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的時候，只保存01，等到讀取的時候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節(jié)省1位有效數(shù)字。以32位浮點數(shù)為例，留給M只有23位，將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數(shù)字。

也就是說，所有的浮點數(shù)都可以化為(-1)^S * M * 2^E這樣的形式，小數(shù)也不例外，比如0.5，化為0.1，也就是(-1)^0*1.0*2^(-1)。

②指數(shù)E：

1.首先，E為一個無符號整數(shù)（unsigned int）
這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0~255；如果E為11位，它的取值范圍為0~2047。但是我們上面的0.5轉換時就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，E是有可能為負數(shù)的。所以IEEE754又規(guī)定了：

存入內(nèi)存時E的真實值必須再加上一個中間數(shù)，對于8位的E，這個中間數(shù)是127；對于11位的E，這個中間數(shù)是1023。比如，2^10的E是10，所以保存成32位浮點數(shù)時，必須保存成10+127=137，即10001001；而2^(-1)存進去時，保存的便是-1+127=126，011111110。

2.那存進去的形式有了，取出的時候如何呢？

指數(shù)E從內(nèi)存中取出還可以再分成三種情況：

1. E不全為0或不全為1

這時，浮點數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再將有效數(shù)字M前加上第一位的1，即為怎么存的就怎么取。

2. E全為0

當E全為0時，浮點數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實值，是一個非常小的數(shù)！所以有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示±0，以及接近于0的很小的數(shù)字。

3. E全為1

與E為全0一樣，當E為全1的時候，是一個非常非常大的數(shù)字，再加上正負號，就類似接進于正負無窮大。所以這時，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無窮大（正負取決于符號位s）。

5.重新觀察代碼

知道了浮點數(shù)的存取，我們重新來打量一下這段代碼：

int main(){	int n = 9;    //整形理解:00000000 00000000 00000000 00001001    //浮點型理解:0 00000000 0000000000000000001001    	float* pFloat = (float*)&n;	printf("n的值為：%d/n", n);//9		printf("*pFloat的值為：%f/n", *pFloat);//0	//所以按照上面的浮點型理解，E還要減去127，得出為	//(-1)^0 *  1.001*2^(-126) 接近為 0，所以顯示為0.000000	//默認打印小數(shù)點后六位		*pFloat = 9.0;	printf("num的值為：%d/n", n);	printf("*pFloat的值為：%f/n", *pFloat);		return 0;}

而下面那一段也是同樣的道理，按照浮點型存儲，9.0應該存儲為1001.0
所以為(-1)^0 * 1.001*2^3 ,而且E要加上127，然后轉化為二進制數(shù)列就是

浮點型理解：0 10000010 00100000000000000000000
整形理解：01000001000100000000000000000000

我們可以用計算機算一下：

的確和程序運行起來一樣的數(shù)字，所以證明上面的說法都是正確的。

好啦，本篇的內(nèi)容就到這里，小白制作不易，有錯的地方還請xdm指正，互相關注，共同進步。

還有一件事：