C语言学习——数据在内存中的存储

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

• 前言
• 一、C语言数据类型
• • 为何要使用数据类型？
• 二、数据在内存的存储
• • 1.整型数据
  • • （1）前提
    • （2）原码
    • （3）反码
    • （4）补码
    • （5）重点
    • • ①char类型的数值范围
      • ②整型提升与截断
    • （6）例题

主要学习整型与浮点型数据在内存中的存储方式以及相应代码分析。

C语言主要有四种类型：
1.基本类型：

（1）整型：

①字符整型char
②短整型short
③整型int
④长整型long
⑤更长整型long long
注意：整型数据每个类型都有signed、unsigned之分
而未标明有无符号时，默认为有符号

（2）浮点型：

①单精度浮点型float
②双精度浮点型double

2.构造类型：

（1）数组类型
（2）结构体类型：关键字struct
（3）枚举类型：关键字enum
（4）共用体类型：关键字union

3.指针类型
4.空类型：void

1.数据类型决定了数据在内存中存储的方式与大小；
2.数据类型决定了看待内存空间的角度；

这里主要探讨整型与浮点型数据在内存中的存储方式。

在学习整型数据在内存的存储时，我们要先明确以下几点：
第一，整型数据有三种表达形式：原码、反码、补码；
第二，三种表现形式都由符号位与数值位组成，符号位0代表正数数，符号位1代表负数；
第三，正数原码、反码、补码相同；
第四，内存中存储的整型数据的二进制补码；

原码就是将一个int数据展开为32位的二进制数。
例如：
-5 ——>10000000 00000000 00000000 00000101
5 ——> 00000000 00000000 00000000 00000101

反码就是对原码除符号位之外的每一位按位取反得来的。
例如：
-5——>11111111 11111111 11111111 11111010
5 ——>00000000 00000000 00000000 00000101

补码就是反码加一
例如：
-5——>11111111 11111111 11111111 11111011
5 ——>00000000 00000000 00000000 00000101

char类型只占一个字节（8个bit）
unsigned char：0-255

也就是11111111

signed char:-128-127

其取值变化范围为：

什么是整型提升？

整型提升就是在进行整型运算时，将字节数小于int字节的数据类型（short或者char）转化为整型（int）类型。

为什么要进行整型提升？

因为在计算机中运算都是有CPU中的运算器ALU完成的，而ALU在设计时被规定，其操作对象的大小至少是int类型；与此同时，ALU的操作对象是存储在内存中的寄存器上，而计算机的通用寄存器的字节大小是与算术逻辑单元（ALU）保持一致的。所以这就要求对于short或者char类型的数据进行整型运算时，要先将它们整型提升为int。

如何进行整型提示？

对于有符号的数据类型，我们需要在其二进制补码前补符号位，直到将8个bit位的char数据补成32个bit位，或者16个bit为的short类型补到32个bit位；

对于无符号的数据类型，我们需要在其二进制数前补0，直至补齐32个bit位；

截断：

截断就是在将整型数据存入short或者char类型变量中时，只存放16、8个bit位，去除其它位。注意所保留的位数是从二进制的数值低位开始数。

	char a = 255;
	unsigned char b = -1;

	printf("a = %un", a);
	printf("b = %un", b);

分析过程：
第一行：255的二进制原码（补码）1111 1111，变量a是有符号的char类型，将255的补码存入a中。因为a有符号，故第一个1是符号位，此时a代表的数值要进行补码到原码的转化，即1000 0001，所以a中数值是-1；
第二行：-1的二进制补码是1111 1111，变量b是无符号的char类型。所以求a中数值时，八个bit位都是数值位，而且没有原码补码的区分，故b中数值是255；
第三行：打印涉及整形运算，先将a进行整型提升，a中存放1111 1111，且a是有符号的，故在高位补符号位1，得到11111111 11111111 11111111 11111111，又以无符号形式打印，所以该二进制没有原码补码的区分且全是数值位，打印得到极大的数：4294967295；
第四行：将b进行整型提升，b中存放1111 1111，且b无符号，直接在高位补0，得到00000000 00000000 00000000 11111111，又以无符号形式打印，所以该二进制位都是数值位，且原码补码不区分，打印得到：255
结果：

	char a = 255;
	unsigned char b = -1;

	printf("a = %dn", a);
	printf("b = %dn", b);

分析：
第一行：同上；
第二行：同上；
第三行：a进行整型提升，且a是有符号的，故在高位补符号位，得到11111111 11111111 11111111 11111111，以有符号的形式打印，因为首位是1，所以是负数，要将二进制补码转为原码，得到10000000 00000000 00000000 00000001，所以打印得到：-1；
第四行：b进行整型提升，且b无符号，故在高位补0，得到00000000 00000000 00000000 11111111。以有符号的形式打印，因为首位是0，所以是正数，原码补码一致，打印得到：255；
结果：