最近博主開學啦！更新節奏有點跟不上，這里做個檢討~

UU們開學感覺怎么樣呢？見到同學或者舍友有沒有很開心呢？又可以一起愉快地玩?？?！

但是玩歸玩，學習還是正事，話不多說，開始今天的內容。

在之前的內容中，我們已經把C語言的入門知識進行了一個全面的講解，并介紹了一些實用的調試技巧，以及函數棧幀的創建和銷毀，可以說對于C語言已經算是敲過開門磚了。

那么今天，我們就要開啟深入學習C語言的旅程啦！首先解決C語言進階第一問：數據在內存中是如何存儲的？

當然，我們主要探討的是整型和浮點型這兩種類型。

數據類型

C語言中具以下幾種基本內置類型：

這里說明一下：

• C語言的基本內置類型只的是C語言本身具有的類型，而庫函數本身是不屬于C語言的，是獨立于C語言之外的。
• C語言是用來決定語言的語法形式的，而庫函數是編譯器的產商提供，當然庫函數的使用是受C語言標準約束的（比如C語言標準規定了一些庫函數的函數名、參數類型、返回值類型和函數功能）。
• 這樣做的好處是雖然不同編譯器實現函數的方式不一樣，但是對于我們來說，在不同的編譯器下使用函數的方式是一樣的。
• 當然在有一些編譯器中對一些庫函數的支持提供得不是很好，比如在VS編譯器下使用scanf函數就可能會報錯，需要使用scanf_s。

由于字符類型在存儲的時候是按照ASCII碼值存儲的，所以字符類型也屬于整型家族中的一員。

前面我們已經學習了以上這么多的數據類型，并且了解了它們所占內存空間的大小。

我們還要明白，我們為什么要給數據分那么多的類型：

1. 我們生活中出了的數除了整數就是小數，所以為了更好地存儲這兩種類型，數據分為整型和浮點型兩大類
2. 使用不同的類型時內存開辟的空間大小是不一樣的（使用范圍也不一樣）。我們應該根據數據的大小選擇合適的類型，如果選大了，則浪費空間；選小了，則數據無法完整存儲。
3. 不同類型決定了我們看待空間時應該采用哪種視角。即對于內存中不同空間的類型存和取的方式是不一樣的。

類型的基本歸類

整型家族

• char
  unsigned char
  signed char
• short
  unsigned short [int]
  signed short [int]
• int
  unsigned int
  signed int
• long
  unsigned long [int]
  signed long [int]
  -long long
  unsigned long long [int]
  signed long long [int]

注意：



如何理解有符號和無符號：

以char類型舉例：

這里也說明了不同類型決定了我們看待內存中的值時視角也不同。

同時，我們也可以由此推算出一個類型中最大能放一個多大的數字。

還是以char類型舉例：

由此可以得出，有符號的char中可以存放的數的范圍是 -128 ~ 127。

相同道理：

無符號的char中可以存放的數的范圍是 0 ~ 255。

同理，我們可以得出short、int 、long等等類型的范圍。

浮點型

float
double

這兩種類型通常根據數據要求的精度來選擇：精度高選擇double類型（8個字節），精度低選擇float類型（4個字節）。

一般我們更常選擇float類型，但是記住噢~3.14默認是double類型哦！

構造類型

除了內置類型之外，還有構造類型，即可以自己創造的類型。

數組類型
結構體類型 struct
枚舉類型 enum
聯合類型 union

數組類型為什么也屬于構造類型呢？

我們來看看數組的類型：

當我們定義的數組元素的類型和個數不同時，數組的類型也不同，可以通過sizeof反映出來，所以我們也說數組屬于構造類型。

指針類型

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

空類型

void表示空類型（即無類型）
常用于函數的返回類型、函數參數和指針類型

這里說void作為函數參數是什么情況呢?

正常我們在調用函數的時候，如果這個函數不需要傳參，則不寫參數。

但是如果是一個不需要傳參的函數，而我們又給它傳參了，函數會怎樣呢？在有的編譯器中，會報錯，但是有的編譯器則會接受這種情況。

但是如果我們給參數加上一個void。編譯器就會報錯或者警告，告訴你不能傳參啦！

整型在內存中的存儲

我們知道，一個變量創建之后是要在內存中開辟空間的，那么這些變量在內存中到底是怎么存儲的呢？

接下來我們就來看看~

首先看看整型在內存中是如何存儲的。

我們知道，二進制中有符號的整數有原碼、反碼、補碼三種表示方式。

這三種表示方式都有符號位和數值位兩部分。

• 在符號位中，0表示“正”，1表示“負”。
• 在數值位中，正數的原、反、補碼相同；負數的三種表示方法各不相同：
  原碼：直接將二進制按照正負數的形式翻譯成二進制。
  反碼：將原碼的符號位不變，其他位依次按位取反。
  補碼：反碼+1得到補碼。

我們知道對于整型來說，內存中存放的是該數的補碼。

在計算機系統中，數值一律用補碼來表示和存儲。

但是存放的是補碼，而不是原碼或者反碼呢？

因為，使用補碼可以將符號位和數值位作統一處理。

同時，加法和減法也可以統一處理（CPU只有加法器）。

因此，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。

比如，我們想計算1-1。但是因為CUP只有加法運算，所以我們可以把表達式寫成1+（-1）。

我們可以看到，用原碼計算，得不出正確的結果。

但是如果用補碼計算，情況就不一樣了。

從上圖的計算中，我們可以看出，使用補碼可以直接對符號位和數值位同一進行處理。

這里有一個有意思的事情：

我們知道原碼、反碼和補碼都是怎么得到的，那么計算一下我們會發現用同樣的方法，我們也可以通過補碼得到原碼。

（不信你試著算一下?。?/p>

所以，由此我們可以看到用補碼來存儲的好處。

大小端字節序

定義

我們看到，a是一個十六進制的數，當我們在內存中查看它的存儲情況時，可以發現，它的存放是從低地址開始放44 33 22 11。

對于它們在內存中的存放順序，其實可以有很多種存放的方式。

但是如果大家都按照自己的想法來寫，則整個存儲就會亂套，而且如果我們不按照正常的順序存儲時，取出來要獲得原來的數就比較麻煩，所以我們最后決定只以下兩種存儲順序。

注意：這里的存儲順序是以字節為單位來討論的。因此，也稱字節序。

其中，上面的存儲順序稱為小端字節序；下面的存儲順序稱為大端字節序。

• 小端字節序存儲
  把一個數的低位字節的內容，存儲在內存的低地址出，把這個數的高位字節的內容，存儲在內存的高地址處。
• 大端字節序存儲
  把一個數的低位字節的內容，存儲在內存的高地址出，把這個數的高位字節的內容，存儲在內存的低地址處。

意義

那么，為什么在存儲時還要有大小端之分呢？

這是因為在計算機系統中，內存空間的最小單元是一個字節。所以，如果我們存放的變量大小大于一個字節時，我們就不得考慮每個字節應該以何種順序存放在內存中了。

那么我們當前的編譯器是采取大端存儲還是小端存儲呢？

別著急，回頭看看內存中的值的順序，就能知道啦！

所以，我們當前編譯器采用的是小端字節序。

百度曾經出過一道筆試題，讓被試者設計一個程序來判斷當前機器的字節序。

那么我們應該如何做呢？

我們用1來進行觀察。

所以，我們只需要拿出第一個字節，看看里面存的是0還是1就知道了。

當然，我們要實現的是查看一個機器字節序的功能，所以這里我們最好把程序封裝成一個函數。

浮點型在內存中的存儲

看完了整數在內存中是怎么存儲的，那么浮點型在內存中又是怎么存儲的呢？

我們接下來就來看看。

首先我們常見的浮點數有：

小數：3.1425926
科學計數法：1E10（1.0*10¹⁰）

在浮點型中，我們有float和double兩種類型。

而這兩種類型的范圍，我們用float.h來定義。

如果我們想看整數的最大值（最小值），我們就用INT_MAX（INT_MIN）;并在前面包含頭文件。

然后我們就能看到int類型所能存放的最大值啦！

那么，浮點數所能存放的最大最小值是多少呢？

同理，我們可以用FLT_MAX（或者FLT_MIN、DBL_MAX等），引用頭文件，然后轉到定義。

就能得到他們的精度啦~

那么在內存中浮點數的存儲和整數的存儲是一樣的嗎？

我們可以先通過一段代碼來進行驗證。

那么如果浮點型的存儲和整型不一樣，它又是怎么存儲的呢？

根據國際標準IEEE（電氣和電子工程協會） 754，任意一個二進制浮點數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；當S=1，V為負數。
  M表示有效數字，1≤M<2。
  2^E表示指數位。

我們以小數5.5來舉例。

同理，我們可以寫出9.0的表示形式：

我們會發現，其實任何一個浮點數都可以寫成這種形式。

那么，只要我們把一個浮點數寫成(-1)^S * M * 2^E這種形式，那么只要我們存儲了S、M、E的信息，就能還原出浮點數的值了。

IEEE 754規定： 對于32位的浮點數，最高的1位是符號位S，接著的8位是指數E，剩下的23位為有效數字M。

對于64位的浮點數，最高的1位為符號位S，接著是11位的指數E，剩下的52位為有效數字M。

• 此外，IEEE 754對有效數字M和指數E，還有一些特別規定。

因為1≤M<2 即M可以寫成1.XXXXXX 的形式，其中XXXXXX表示小數部分。

IEEE 754規定，在計算機內部保存M時，默認這個數的第一位總是1，因此這個1和它后面的小數點可以被舍去，只保存后面的XXXXXX部分。

比如：當我們要保存1.01的時候，只需要保存01，等到讀取的時候，再把前面的1.加上去。

這樣，我們就節省了1位有效數字。

以32位浮點數（float）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位有效數字，這樣精度就得到了提高。

• 那么對于指數E來說，它又是怎么存進去的呢？

我們知道，對于指數E來說，它是可以去負數的，那么對于負數的E在存儲的時候，我們又應該如何處理呢？

于是人們又想出了一個辦法，不如給這個E加上一個中間數，讓E即使是最小的負數，加上這個數之后也不會為負（等于0），那么就不會出現負數的情況了，只要我們取出來的時候再把這個中間數加上就行了。

這樣，我們就可以把E作為一個無符號整數了。

如果E為8位，那么它的取值范圍就是：0~255，那么它的中間數就是127。

對于11位的E，它的取值范圍是0~2047，它的中間數就是1023。

比如：2¹⁰的E是10，所以保存成32位浮點數時，就保存成10+127=137，即10001001。

以5.5為例，我們可以在內存中看到它的存儲。

并且我們可以發現，對于浮點數，它在內存中的存儲也是有大小端的。

以上，我們就知道了浮點數在內存中是怎么存的了。
那么它又是怎么取出來的呢？

按道理，我們是怎么放進去的，就應該是怎么取出來的。但是由于指數E比較特別，所以再取出來時，又有一些特別的規定。

在內存中取出E時，我們有一下三種情況：

E不全為0或不全為1

這時，E是怎么存進來的，我們就按照原路取出來。

即指數E的計算值減去127（或1023），得到真實值，再將有效數字M前加上第一位的1。

比如： 0.5的二進制形式為0.1，由于規定正數部分必須為1，即將小數點右移1位，則為1.0*2^(-1)。

同理，反過來，我們可以通過這個二進制序列得到0.5。

E全為0

當E全為0的時候，說明浮點數的指數E等于-127，而2^-127是一個非常非常小的數，已經十分接近于0了。

所以這時候，我們就不再按照原來的計算方式，而是把浮點數的指數E直接記為1-127（或者1-1023）， 并且有效數字M不再加上第一位的1，而是還原為0.XXXXXX的小數。這樣做是為了表示±0，以及無窮接近于0的很小的數。

E全為1

當E全為1時，則得到的是255，減去127得到的是128，而2¹²⁸是一個非常大的數。所以這時，如果有效數字M全為0，則該數就表示±無窮大（正負取決于符號位S）

當我們了解完以上浮點型在內存中的存儲規則之后，我們就可以理解之前哪個代碼打印出來的值了。

今天的文章就到這里啦！~

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今天的代碼都在這里咯！
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