你知道数据是怎么在内存中存储的吗？

编程入门行业动态更新时间:2024-10-09 10:20:26

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你知道数据是怎么在内存中存储的吗？

我们经常会用到整型数据跟浮点型数据，怎么用相信大家都很明白，那么他们在内存中是怎么存储的你知道吗？

一、整型数据在内存中的存储

1、原码、反码、补码

我们先举个例子,定义int 型变量 a = 20 , 已知一个int型变量在内存中占4个字节（32个比特位）。

我们再定义一个int型变量b= -10，那么b在内存中也是占个字节（32个比特位）。二进制表示如下：

我们先了解计算机中整数的三种 2 进制表示方法，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 1、正数的原、反、补码都相同。 2、负整数的三种表示方法各不相同。 我们不难发现在整型数据a中，原码，反码，补码都是相同的。b中的原码，反码，补码均不相同。那么原码，反码，补码我们是怎么得到的呢？原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制就可以得到原码。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反码。补码：反码+1就得到补码。我们以-1为例了解以下原码到补码的步骤（一种方式）、补码到反码的步骤（两种方式）。

注意：整型数据在存储中存放的是补码。

2、大小端

是什么？

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。

3、浮点型在内存中的存储

浮点数在内存中遵循什么样的规则呢？

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表示有效数字，大于等于1，小于2.
2 ^ E表示指数位。

浮点数的二进制表示方法

我们用v= 5.5解释公式（-1）^ S * M * 2 ^ E

我们知道了浮点数的二进制表示形式，那么浮点数二进制又是怎么在内存中存储的呢？

IEEE 754 规定： 对于 32 位的浮点数，最高的 1 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 。

如图：

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。 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 ）；举例解释：

int main()
{int n = 9;float *pFloat = (float *)&n;printf("n的值为：%d\n",n);   //1printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);//2*pFloat = 9.0;printf("num的值为：%d\n",n);//3printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);//4return 0; 
}

表达式1，2，3，4分别为多少呢？

1，整数存整数打印，显然还是9.

2，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。

3， 9.0 ==> 1001.0 == > ( - 1 ) ^01 . 0012 ^3 == > s = 0 , M = 1.001 , E = 3 + 127 = 130 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 还原成十进制，1091567616 。 4,还是9.000000. 如有错误或不足，欢迎纠正。