C++浅析数据在内存中如何存储

2022-08-10 14:28:56 作者：7昂7.

使用编程语言进行编程时，需要用到各种变量来存储各种信息。变量保留的是它所存储的值的内存位置。这意味着，当您创建一个变量时，就会在内存中保留一些空间。您可能需要存储各种数据类型的信息，操作系统会根据变量的数据类型，来分配内存和决定在保留内存中存储什么

一、数据类型

数据类型有7种：

char 字符型
short 短整型
int 整型
long 长整型
long long 更长整型
float 单精度浮点数
double 双精度浮点数

二、原码反码补码

计算机中的整数有三种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”，而数值位正数的原、反、补码都相同。

负整数的三种表示方法各不相同.

原码：是直接将数值按照正负数的形式翻译成二进制得到原码。

反码：原码的符号位不变，其他位依次按位取反得到反码。

补码：反码加1，得到补码。

计算例子：如图

计算a+b：

a是正数，原码等于补码：00000000 00000000 00000000 00000111

b是负数，原码：10000000 00000000 00000000 00001010

反码：111111111 11111111 11111111 11110101

补码：11111111 11111111 11111111 11110110

a+b的补码分别相加得到：11111111 11111111 11111111 11111101

而打印的是%d即有符号整型，要把它转化为原码，减一取反的到原码：

10000000 00000000 00000000 00000011 再化为10进制就是-3

看下运行结果：

三、大小端

数据在内存中有两种存储方式一个是大端模式一个是小端模式。

在计算机系统中，以字节为单位的，每个地址单元对应着一个字节，一个字节为8bit。但在C语言中除了8 bit的char之外，还有16 bit的short型，32bit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，由于奇存器宽度大于一个字节，那么心然存在着一个如何将多个字节安排的问题。这导致了大端存储模式和小端存储模式。

我们如何判断当前机器的字节顺序：

#include<stdio.h>
int is_sys()
{
	int a = 1;
	return (*(char *)&a);
}
int main()
{
	int ret = is_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

取一个整型数1,补码：0000000 0000000 00000000 00000001，要判断它哪种存储模式，只需要拿出第一个字节，因为低位放在高地址处时是大端，低位放在低地址处时小端，取地址先转化为字符型指针保证拿出一个字节，再解引用取出内容，如果是1就是小端，反之是大端。

整型提升

C的整型算术运算总是至少以缺省整型类型的精度来进行的。为了获得这个精度，表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型，这种转换称为整型。

我们用字符类型存储数据会发生截断，因为一个数是四个字节，字符型只能存储一个字节，截断之后看当前符号位：

对于有符号类型，如果是1就把1之前的位补全1进行整型提升，如果是0就把0之前的位补全0进行整型提升。

对于无符号类型，直接补全0.

（1）我们看如下例子就能很好理解：

#include<stdio.h>
int main()
{
	char a = -2;
	unsigned char b = -10;
	printf("%d %d", a,b);
}

a=-2，原码：10000000 0000000 00000000 00000010

反码： 11111111 11111111 11111111 11111101

补码： 11111111 11111111 11111111 11111110

但是a是字符型只能存一个字节，会发生截断只取低位的一个字节即：11111110

而我们打印的是有符号整型%d，会发生整型提升，因为它是负的，所以在前面补1

11111111 11111111 11111111 11111110，而打印的是原码，所以再转换为原码。减一取反：10000000 00000000 00000000 00000010 结果是-2

b=-10，原码：10000000 00000000 00000000 00001010

反码： 11111111 11111111 11111111 11110101

补码：11111111 11111111 11111111 11110110

同上截断之后：11110110 因为他是无符号整型在前面补0：

00000000 00000000 00000000 11110110.直接是原码打印结果是246.

再验证下结果：

（2）另外%u是打印无符号整型。也是被截断之后看原来的数是否有符号，如果有符号不补1或补0，无符号直接补0.然后补完之后直接当做原码打印

例如 char=-128

原码：10000000 00000000 00000000 10000000

反码： 11111111 11111111 11111111 01111111

补码： 11111111 11111111 11111111 10000000

因为是字符型拿低位的一个字节 1000000，又因为他是负数补1：

11111111 11111111 11111111 10000000，直接当原码打印因数太大直接看结果：

（3）再来分析一个：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int i = -20;
	unsigned char j = 10;
	unsigned char b = i + j;
	printf("%u", b);
}

i的原码：10000000 00000000 00000000 00010100；

反码： 11111111 1111111 11111111 11101011

补码： 11111111 11111111 11111111 11101100

而j是无整形且字符型值因为它是正数，原码等于补码：

00000000 00000000 00000000 00001010

两者相加是：11111111 11111111 11111111 11110110

而又存在一个无符号字符型，发生截断：11110110

而打印的是%u直接整型提升补0 补码等于原码：

00000000 00000000 00000000 11110110结果是246

看结果：

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