[C语言]整数在内存中的存储

1、😃😃😃

我们已知整数的2进制表示方法有三种，即原码、反码和补码。（正整数的原反补相同，负整数原反补均不相同）

原码：直接将数值按照正负数的形式翻译成⼆进制得到的就是原码。

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。

三种表达方式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”，其数值的最高位被当作符号位，剩余的都是数值位。

对于整形来说：数据存放内存中其实存放的是补码。

原因：

1、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；

2、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。

2、大小端字节序和字节序判断

当我们了解到整数在内存中存储后，我们调试一个程序（观察其细节）

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 0x11223344;
 return 0;
}

调试的时候，我们可以看到在a中的0x11223344这个数字是按字节为单位，倒着存储的。

why？🤔🤔🤔

2.1、什么是大小端？

其实超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候，就有存储顺序的问题，按照不同的存储顺序，我们分为⼤端字节序存储和⼩端字节序存储，下⾯是具体的概念：

例如：123。高位时1，低位是3.

1. ⼤端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的⾼地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的低地址处。
2. ⼩端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的⾼地址处。

2.2、为什么有大小端？

因为在计算机系统中，我们以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8个比特位。而在C语言中除了8bit的char外，还有16bit的short型，32bit的long型（具体依赖编译器）。对于位数大于8位的处理器（16/32位），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。

2.3、练习

2.3.1、写代码判断机器是大端还是小端，怎么做呢？

如上图，我们可以取出a的第一个字节，若第一个字节为1，则为小端。若第一个字节为0，则为大端。

如何取出第一个字节呢？--->解引用被强制类型转换为char*的地址即*(char*)&a。

//设计一个小程序来判断当前机器的字节序
#include<stdio.h>
int check_sys()
{
	int a = 1;
	return (*(char*)&a);//小端返回1，大端返回0
}
int main()
	if (check_sys() == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

2.3.2、练习2

#include <stdio.h>
int main()
{
 char a= -1;
 signed char b=-1;
 unsigned char c=-1;
 printf("a=%d,b=%d,c=%d",a,b,c);
 return 0;
}

上面代码的输出结果分别是a=-1,b=-1,c=255

解析：截断--->整型提升--->原反补码。如下图：

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -1;
    //10000000000000000000000000000001
    //11111111111111111111111111111110
    //11111111111111111111111111111111
    //截断
    //11111111 - a
    //11111111111111111111111111111111 - 补码
    //10000000000000000000000000000000
    //10000000000000000000000000000001-> -1
    signed char b = -1;
    //10000000000000000000000000000001
    //11111111111111111111111111111110
    //11111111111111111111111111111111
    //11111111 - b
    //11111111111111111111111111111111
    //10000000000000000000000000000000
    //10000000000000000000000000000001-> -1
    unsigned char c = -1;
    //10000000000000000000000000000001
    //11111111111111111111111111111110
    //11111111111111111111111111111111
    //11111111 - c
    //00000000000000000000000011111111
    //00000000000000000000000011111111 - 255
    printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);
    //%d - 以十进制的形式打印有符号的整型
    //-1
    
/    return 0;
//}

2.3.3、练习3

#include <stdio.h>
int main()
{
 char a = -128;
 printf("%u\n",a);
 return 0;
}

解析：最后输出结果为4294967168

#include <stdio.h>

int main()
{
    char a = -128;
    //10000000000000000000000010000000
    //11111111111111111111111101111111
    //11111111111111111111111110000000
    //10000000 - a
    //11111111111111111111111110000000
    printf("%d\n", a);//%d 打印有符号整数
    //由于无符号此时的补码就是原码，则打印结果为4294967168
    //10000000000000000000000001111111
    //10000000000000000000000010000000
    //-128
    printf("%u\n", a);//%u 打印无符号整数
    //
    return 0;
//}

当a=128时，同理会发生截断，整型提升。最后的结果仍为4294967168

char取值范围的示意图

当值为127时，再加1，则会直接变成-128

2.3.4、练习4

#include <stdio.h>
int main()
{
  char a[1000];
  int i;
  for(i=0; i<1000; i++)
  {
 	 a[i] = -1-i;
  }
  printf("%d",strlen(a));
  return 0;
}

该题可以通过上图得知答案：即从-1开始一直减1 --> -1...-128、127、126...、1、0。strlen检测到0停下所以检测到255个数。