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数据类型

我们知道，C 语言中有很多不同的数据类型

在 cppreference.com 网站上可以找到 C 语言中的不同类型【链接】

image-20211203210814743

先来认识一个不那么常见的类型

布尔类型

C99 中引入了布尔类型 _Bool
实质：把 1 和 0 变成 ture 和 false

c
1
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#include<stdbool.h>

int main()
{
	_Bool flag = true;
	if(flag)
	{
		printf("hehe\n");
	}
	return 0;
}

代码的效果如下：

image-20211203215617481

因为布尔类型和以 1-0 来判断正误的作用是相同的

所以这个类型我们一般不会使用

无符号数据的打印

Unsigned 无符号数用 % u 打印

image-20211203215943720

  • 用 % d 打印的时候，认为是有符号数
  • 用 % u 打印无符号数的时候，负数会乱码

我们知道，整型数据在内存中占用 4 个字节（32 位），double 类型是 8 个字节

不同数据占用的字节

image-20220110103140009

在之前的学习中，我们已经知道了如何使用这些不同的数据类型

但是你知道，数据在内存中是怎么存储的吗？

这篇博客将带你认识整型在内存中的存储

整型在内存中的存储

先来认识一下整型家族都有谁吧！

整型家族

  • char

    ​ unsigned char

    ​ signed char

  • short

    ​ unsigned short [int]

    ​ signed short [int]

  • int

    ​ unsigned int

    ​ signed int

  • long

    ​ unsigned long [int]

    ​ signed long [int]

我们平时用的最频繁的 int 其实是 signed int

char 到底是 signed char 还是 unsigned char，取决于编译器的实现

常见的编译器下，char 就是 signed char

在知道整型在内存中的存储方式之前

我们需要先认识一下三个好朋友 “原 反 补”

“原反补” 三兄弟

正整数：原反补码相同

负整数：

原码按照一个数的正负直接写出来的二进制
反码符号位不变，其他位按位取反
补码反码的二进制序列 + 1，得到补码

二进制要怎么写出来呢？

下面以 15 为例（前面省略了 24 位）

每一个 1 都是 2 的权重

image-20211203221012177

这就是二进制和十进制转换的方式

而 15 作为正数，原反补码都是这个二进制数

00000000 00000000 00000000 00001111

正数的原反补码相同

什么是符号位？

每一个整型都有 4 个字节，由 32 个 bit 位组成

其中原码的第一位，就是该二进制的符号位

正数为 0，负数为 1

最高位为符号位，后面的是有效位

再举个 - 15 的例子

10000000 00000000 00000000 00001111 原码
11111111 11111111 11111111 11110000 反码
11111111 11111111 11111111 11110001 补码

为了进一步了解数据在内存中的存储方式，我们将 15 的 == 补码 == 转化为十六进制

每 4 个二进制比特位对应一个十六进制数，转换结果如下

00000000000000000000000000001111
0000000F

image-20211203222426049

可当我们在 VS 编译器 - 监视 - 内存窗口里面查看 15 数据的时候

展示的是以下的 16 进制形式

image-20211203222141783

可以看到，内存中存储的十六进制，和我们计算出来的是 == 反着的 ==

这又是为什么呢？

大小端问题

高位低位来自于人类从左到右的阅读习惯。所以一串二进制数，左侧为高位，右侧为低位

大端字节序存储：

当一个数据的低字节的数据存放在高地址处，高字节序的内容放在了低地址处，这种存储方式就是大端字节序存储

小端字节序存储：

当一个数据的低字节数据存放在低地址处，高字节序的内容放在了高地址处，这种存储方式就是小端字节序存储

简称：小同大异

而我们图中 VS 内存窗口显示的这种 “反着放” 的方式，是因为：

  • VS 编译器下，内存窗口显示的是左低右高
  • 二进制码是高 00000000 00000000 00000000 00001111 低

所以 VS 编译器是小端存储的

image-20211203225659881

而如果是以低 00 00 00 0f 高的方式放入内存，则是大端字节序存储

负数示例

c
1
int b=-10；
原码 10000000000000000000000000001010
反码 1111111111111111111111111110101
补码 11111111111111111111111111110110
f ff ff ff 6

image-20211203230349186

了解了大小端的机制之后，我们可以来写一个简单的函数

判断当前编译器是大端还是小端

image-20211203231627550

c
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#include <stdio.h>
int check_sys()
{
	int a=1;
	char*p=(char*)&a;
	if(1==*p)
		return 1;
	else
		return 0;		
}

int main()
{
	int b=check_sys(); 
	if(1==b)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
    
	return 0;
 }

这串代码的自定义函数部分可以进行优化

因为 * p=1 时返回 1

其他情况返回 0

所以可以选择直接返回 * p

c
1
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//代码优化2 
int check_sys()
{
	int a=1;
	char*p=(char*)&a;
	return *p;	
}

进一步优化，我们可以把 (char*)&a 直接进行解引用并返回他的值

这样就能跳过中间变量 p

c
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//代码优化3
int check_sys()
{
	int a=1;
	return *(char*)&a;	
}

这里有两个问题需要注意：

不能直接对 a 进行强制类型转换，这种方式是错的

大小端是把数据放在内存之后才有的现象

大小端讲的是以字节为单位的顺序

char 类型只有一个字节，没有大小端问题

为什么整型在内存中存放的是补码呢？

在计算机系统中，数值一般用补码来表示和存储，原因在于，试用补码，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，补码与反码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路。

计算机中只有加法器，减法用加法来模拟

1-1→1+(-1)

如果用原码的计算：

00000000 00000000 0000000 00000001+
10000000 00000000 0000000 00000001=
10000000 00000000 0000000 00000010-2 错误

补码：

00000000 00000000 0000000 000000011 原
10000000 00000000 0000000 00000001-1 原

它们的补码

00000000 00000000 00000000 00000001 +1 的补码
11111111 11111111 1111111 11111111 =-1 的补码
00000000 00000000 0000000 00000000 结果为 0

其中第一个 1 为符号位

结语

到这里，整型在内存中存储的基本知识就已经讲完啦

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