前言：
●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！

——By 作者：新晓·故知

从本篇笔记起，进入高阶C语言的学习！

1-深度剖析数据在内存中的存储

1. 数据类型介绍

前面我们已经学习了基本的内置类型，以及他们所占存储空间的大小。

char    字符数据类型

short 短整型

int 整形

long    长整型

long long    更长的整形

float 单精度浮点数

double    双精度浮点数

C 语言有没有字符串类型？

类型的意义：

1. 使用这个类型开辟内存空间的大小（大小决定了使用范围）。

2. 如何看待内存空间的视角

1.1 类型的基本归类：

整形家族：
char

      unsigned char

  signed char

short

        unsigned short [ int ]

        signed short [ int ]

int

        unsigned int

        signed int

long

        unsigned long [ int ]

        signed long [ int ]

浮点数家族：
float
double
构造类型：

> 数组类型

> 结构体类型 struct

> 枚举类型 enum

> 联合类型 union

指针类型：

int * pi ;

char * pc ;

float* pf ;

void* pv ;

空类型：

void 表示空类型（无类型）

通常应用于函数的返回类型、函数的参数、指针类型。
c99 中引入了布尔类型
#include <stdbool.h>

int main()
{
	_Bool flag = true;
	if (flag)
	{
		printf("hehe\n");
	}
	return 0;
}
在C语言中，bool类型是对int类型的重命名而已！

在C++中使用的广泛!

char归结到整型，因为每一个字符变量存的是一个字符，而字符对应的是ASCII码值，为整数
位置一：
void test()
{
	;
}

位置二：
void test(void)
{
	;
}
位置三：
void test()
{
	void* p;
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}
——By 作者：新晓·故知

2. 整形在内存中的存储

我们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。

那接下来我们谈谈数据在所开辟内存中到底是如何存储的？

比如：

int a = 20 ;

int b = - 10 ;

我们知道为 a 分配四个字节的空间。

那如何存储？

下来了解下面的概念：

2.1 原码、反码、补码

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。

——By 作者：新晓·故知

原码

直接将二进制按照正负数的形式翻译成二进制就可以。

反码

将原码的符号位不变，其他位依次按位取反就可以得到了。

补码

反码 +1 就得到补码。

正数的原、反、补码都相同。

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。

我们看看在内存中的存储：

我们可以看到对于 a 和 b 分别存储的是补码。但是我们发现顺序有点 不对劲 。

这是又为什么？
2.2 大小端介绍

什么大端小端：

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。

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 16bit 的 short 型 x ，在内存中的地址为 0x0010 ， x 的值为 0x1122 ，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，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 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
百度 2015 年系统工程师笔试题：
请简述大端字节序和小端字节序的概念，设计一个小程序来判断当前机器的字节序。（ 10 分）
//代码1
#include <stdio.h>
int check_sys()
{
 int i = 1;
 return (*(char *)&i);
}
int main()
{
 int ret = check_sys();
 if(ret == 1)
 {
 printf("小端\n");
 }
 else
 {
 printf("大端\n");
 }
 return 0; }
//代码2
int check_sys()
{
 union
 {
 int i;
 char c;
 }un;
 un.i = 1;
 return un.c; }
代码1：
int main()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;//int*
	if (1 == *p)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

}
代码二：
int check_sys()
{
	int a = 1;
	char *p = (char*)&a;
	if (1 == *p)
		return 1;//小端
	else
		return 0;//大端
}
int main()
{
	int a = 1;
	int ret = check_sys();//返回1是小端，返回是大端
	if (1 == ret)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}
int check_sys()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;
	return *p;
}
int main()
{
	int a = 1;
	int ret = check_sys();//返回1是小端，返回是大端
	if (1 == ret)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}
代码三：
int check_sys()
{
	int a = 1;
	return *(char*)&a;
}
int main()
{
	int a = 1;
	int ret = check_sys();//返回1是小端，返回是大端
	if (1 == ret)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}
2.3 练习
1.
输出什么？
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = -1;
	signed char b = -1;
	unsigned char c = -1;
	printf(" a=%d\n b=%d\n c=%d\n", a, b, c);
	return 0;
}
下面程序输出什么？
2.
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0; }
char类型中的-128

-0 ：原码 1000 0000 的补码为1 0000 0000 ，由于char 是八位，所以取低八位00000000,
+0 ：原码为0000 00000 ，补码为也为 0000 0000 ，虽然补码0都是相同的，但是有两个0 ，既然有两个0 ，况且0既不是正数，也不是负数，用原码为0000 0000 表示就行了，这样一来，有符号的char ,原码都用来表示-127~127 之间的数了，唯独剩下原码1000 0000 没有用，现在再来探讨一下关于剩下的那个1000 0000。
————————————————
-128的由来

既然 -127 ~0~ 127都有相应的原码与其对应，那么1000 0000 表示什么呢，当然是-128了，为什么是-128呢，为什么能用它表示-128进行运算，如果不要限制为char 型（即不要限定是8位），

-128的原码：1 1000 0000 ，9位，最高位符号位，

再算它的反码：1 0111 1111，

进而，补码为： 1 1000 0000,这是-128的补码，发现和原码一样, 但是在char 型中，是可以用1000 000 表示-128的，关键在于char 是8位，它把-128的最高位符号位1 丢弃了，截断后-128的原码为1000 000 和-0的原码相同，也就是说1000 0000 和-128丢弃最高位后余下的8位相同，所以才可以用-0 表示-128，这样，当初剩余的-0(1000 0000)，被拿来表示截断后的-128,因为即使截断后的-128和char 型范围的其他数(-127~127)运算也不会影响结果，所以才敢这么表示-128。
————————————————

比如 -128+(-1):
1000 0000——————丢弃最高位的-128
+ 1111 1111 —————– -1
——————
10111 1111 ——————char 取八位，这样结果不正确，不过没关系，结果-129本来就超出char型了，当然不能表示了。

比如 -128+127:
1000 0000
+ 0111 1111
——————
1111 1111 ————– -1 结果正确，所以，这就是为什么能用 1000 0000表示-128的原因

当数据总线从内存中取出的是1000 000 ，CPU会给它再添最高一位，变为1 1000 0000 这样才能转化为 -128输出，不然1000 0000 如何输出？
————————————————
整型提升:

整型提升是隐式类型转换的一种，隐式类型转换顾名思义就是偷偷的进行转换。这种类型转换所做的动作我们平时都不会注意到，因为它是偷偷的发生的。
3.
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0; }
4.
int i= -20;
unsigned  int  j = 10;
printf("%d\n", i+j); 
//按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
5.
unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--) {
    printf("%u\n",i);
}
6.
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
   {
        a[i] = -1-i;
   }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0; }
7.
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
    for(i = 0;i<=255;i++)
   {
        printf("hello world\n");
   }
    return 0; }
——By 作者：新晓·故知

3. 浮点型在内存中的存储
常见的浮点数：

3.14159

1E10

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 一个例子
浮点数存储的例子：
int main()
{
 int n = 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);
 return 0; }
输出的结果是什么呢？
3.2 浮点数存储规则

num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大？

要理解这个结果，一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。

详细解读：

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；当 s=1 ， V 为负数。

M 表示有效数字，大于等于 1 ，小于 2 。

2^E 表示指数位。

举例来说：

十进制的 5.0 ，写成二进制是 101.0 ，相当于 1.01×2^2 。

那么，按照上面 V 的格式，可以得出 s=0 ， M=1.01 ， E=2 。

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 。

IEEE 754 对有效数字 M 和指数 E ，还有一些特别规定。

前面说过， 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 。

然后，指数 E 从内存中取出还可以再分成三种情况

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

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。

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 ）；

好了，关于浮点数的表示规则，就说到这里。

解释前面的题目：

下面，让我们回到一开始的问题：为什么 0x00000009 还原成浮点数，就成了 0.000000 ？

首先，将 0x00000009 拆分，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。

9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

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。

请问浮点数 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 。

这个 32 位的二进制数，还原成十进制，正是 1091567616 。