內(nèi)存簡(jiǎn)單介紹

大家肯定經(jīng)常聽說內(nèi)存這個(gè)詞，內(nèi)存到底是什么呢？ 在計(jì)算機(jī)中，進(jìn)程都要加載進(jìn)內(nèi)存中，也是我們各種數(shù)據(jù)的流通途徑，C語言中，大家肯定都知道指針變量，指針變量中保存的就是內(nèi)存的地址，那么，什么是內(nèi)存的地址呢？

內(nèi)存的單位是字節(jié)

對(duì)于32位的機(jī)器，有32根地址線，每根地址線在尋址時(shí)，產(chǎn)生的高低電壓分別為0/1，那么32根地址線產(chǎn)生的地址就會(huì)是

00000000000000000000000000000000

00000000000000000000000000000001

00000000000000000000000000000010

…

11111111111111111111111111111111

這里就有2^32次方個(gè)地址

大家應(yīng)該知道，還有64位的機(jī)器，64根地址線又有多少個(gè)地址呢，大家可以計(jì)算一下

在32位的機(jī)器上，地址是32個(gè)0或者1組成二進(jìn)制序列，那地址就得用4個(gè)字節(jié)的空間來存儲(chǔ)，

所以一個(gè)指針變量的大小就應(yīng)該是4個(gè)字節(jié)。 那如果在64位機(jī)器上，有64個(gè)地址線，那一個(gè)指針變量的大小是8個(gè)字節(jié)，才能存放一個(gè)地址。

這串編號(hào)就是內(nèi)存單元的地址，就像酒店的房間號(hào)一樣，對(duì)應(yīng)著內(nèi)存中的一個(gè)字節(jié)大小的房間

我們?cè)趘s中來看一下

這里是以十六進(jìn)制的方式展示的，大家也知道，32個(gè)數(shù)字看起來太長(zhǎng)了。

整數(shù)與字符在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

關(guān)于c語言中的數(shù)據(jù)類型，大家在寫了這么多代碼后肯定也很清楚了，C語言中有整型、浮點(diǎn)型、字符型、等等

我們來研究一下整數(shù)在內(nèi)存中是如何存儲(chǔ)的

大家都知道，定義變量，會(huì)在內(nèi)存中開辟空間來存儲(chǔ)

int a = 20;

int類型在vs中占據(jù)4個(gè)字節(jié)的空間，那么如何存儲(chǔ)呢？

這就涉及到原碼反碼補(bǔ)碼的概念

• 計(jì)算機(jī)中的整數(shù)有三種2進(jìn)制表示方法，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。
• 三種表示方法均有符號(hào)位和數(shù)值位兩部分，符號(hào)位都是用0表示“正”，用1表示“負(fù)”，剩下數(shù)值位
• 正數(shù)的原、反、補(bǔ)碼都相同。
• 負(fù)整數(shù)的三種表示方法各不相同。

原碼：

直接將數(shù)值按照正負(fù)數(shù)的形式翻譯成二進(jìn)制就可以得到原碼

反碼：

將原碼的符號(hào)位不變，其他位依次按位取反就可以得到反碼

補(bǔ)碼：

反碼+1就得到補(bǔ)碼。

對(duì)于整型變量來說，內(nèi)存中存放的其實(shí)是補(bǔ)碼

使用補(bǔ)碼，可以將符號(hào)位和數(shù)值域統(tǒng)一處理，加法和減法也可以同一處理，因?yàn)镃PU只有加法器

eg:

int a = 20;
//原碼 : 直接寫二進(jìn)制    00000000000000000000000000010100
//反碼--補(bǔ)碼  -- 正數(shù)的原反補(bǔ)相同
int  b =  -5;
//原碼:   10000000000000000000000000000101
//反碼：符號(hào)位不變，按位取反
//        11111111111111111111111111111010
//補(bǔ)碼:反碼+1
//        11111111111111111111111111111011  --   -5的補(bǔ)碼

上邊可以看見-5的補(bǔ)碼是11111111111111111111111111111011 ，我們?nèi)绾未_認(rèn)呢？

轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制為fffffffb

大家可以看到確實(shí)是使用補(bǔ)碼存儲(chǔ)的，但是為什么是倒著存儲(chǔ)的，后邊再來說，這是由于大小端的問題

給大家舉幾個(gè)例子，不知道存儲(chǔ)無法分析出結(jié)果代碼

//1.
#include <stdio.h>
int main()
{
  char a = -128;
  printf("%u\n",a);
  //-128 原碼:  10000000 00000000 00000000 10000000
  //-128 反碼:  11111111 11111111 11111111 01111111
  //-128 補(bǔ)碼:  11111111 11111111 11111111 10000000
  //存在a里面的，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)字節(jié)   10000000
  //所以會(huì)當(dāng)做無符號(hào)整數(shù)打印 --整形提升
  //提升為  11111111111111111111111110000000
  //所以結(jié)果是一個(gè)很大的整數(shù)，大家可以嘗試一下
  return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{
  char a = 128;
  //128的原碼反碼補(bǔ)碼 : 00000000000000000000000010000000
  //存在a里的:10000000
  //整形提升 :11111111111111111111111110000000
  //所以結(jié)果還是那個(gè)很大的整數(shù)
  printf("%u\n",a);
  return 0;

例子就簡(jiǎn)單給大家舉到這里，大家一定要記住整數(shù)在內(nèi)存中是以補(bǔ)碼的形式存儲(chǔ)的

字符存儲(chǔ)的是ASCII碼，所以和整數(shù)同

浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

我們來看一下浮點(diǎn)數(shù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)

拋磚引玉:

#include <stdio.h>
int main()
{
    int n = 9;
    float *pFloat = (float *)&n;
    printf("n的值為：%d\n",n);
    printf("*pFloat的值為：%f\n",*pFloat);
    *pFloat = 9.0;
    printf("num的值為：%d\n",n);
    printf("*pFloat的值為：%f\n",*pFloat);
    return 0;
}

上面代碼的打印結(jié)果到底是什么呢？

是不是非常出乎大家的意料呢，這里就可以看出，浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)肯定和整數(shù)是不同的。那浮點(diǎn)數(shù)到底咋存的呢？

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE（電氣和電子工程協(xié)會(huì)） 754，任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2^E
• (-1)^S表示符號(hào)位，當(dāng)S=0，V為正數(shù)；當(dāng)S=1，V為負(fù)數(shù)。
• M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2。
• 2^E表示指數(shù)位。

看得很迷糊，直接上例子

v = 5.5

= 101.1 --二進(jìn)制表示

= 1.011 * 2 ^2 – 科學(xué)記數(shù)法表示

因?yàn)槭钦龜?shù) s = 0

m = 1.011

e = 2

IEEE 754規(guī)定：

對(duì)于32位的浮點(diǎn)數(shù)，最高的1位是符號(hào)位s，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位為有效數(shù)字M。

IEEE 754對(duì)有效數(shù)字M和指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定

1=<M <2 ，所以M可以寫成1.xxxxx 所以可以舍去1 ，只存儲(chǔ)xxxxxx

IEEE 754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存M時(shí)，默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是1，因此可以被舍去，只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的時(shí)候，只保存01，等到讀取的時(shí)候，再把第一位的1加上去。這樣做的目的，是節(jié)省1位有效數(shù)字。以32位浮點(diǎn)數(shù)為例，留給M只有23位，將第一位的1舍去以后，等于可以保存24位有效數(shù)字

對(duì)于指數(shù)E，E是一個(gè)無符號(hào)整數(shù)，但是科學(xué)記數(shù)法指數(shù)是可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以

IEEE 754規(guī)定了偏移量，如果E為8位，則加上127 ，如果E為11位，則加上1023

我們舉個(gè)例子

float f = 8.5f;
//二進(jìn)制 : 1001.1
//科學(xué)計(jì)數(shù)法表示: 1.0011*2^3
//S = 0 M = 1.0011 ?E = 3
//存儲(chǔ)進(jìn)去的應(yīng)該是:
? ? 0 10000010 00110000000000000000000
//我們可以驗(yàn)證一下
? ? ? ? 轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制
?0100 0001 0001 1000 0000 0000 0000 0000
//41 18 00 00

我們來看一下代碼

和我們想的一樣

我們?cè)賮砼e一個(gè)負(fù)數(shù)的例子

float t = -3.5f;
//二進(jìn)制: 11.1
//科學(xué)記數(shù)法: 1.11*2^1
//S = 1 M = 1.11 E = 1
//存儲(chǔ):
1 ?10000000 11000000000000000000000
//轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制
1100 0000 0011 0000 0000 0000 0000 0000
c0 60 00 00

那我們從內(nèi)存中讀取出來的二進(jìn)制位如何解析成浮點(diǎn)數(shù)呢

關(guān)于E，有三種情況

E不全為0或不全為1

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)就采用下面的規(guī)則表示，即指數(shù)E的計(jì)算值減去127（或1023），得到真實(shí)值，再將有效數(shù)字M前加上第一位的1

2.E全為0

這時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或者1-1023）即為真實(shí)值，

有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示±0，以及接近于 0的很小的數(shù)字。

3.E全為1

這時(shí)，如果有效數(shù)字M全為0，表示±無窮大（正負(fù)取決于符號(hào)位s）；

我們來分析一下最開始的題目

浮點(diǎn)數(shù)和整數(shù)的存儲(chǔ)就介紹到這里了，有哪里不清楚的朋友可以私信我

大小端存儲(chǔ)模式及簡(jiǎn)介

上邊有一個(gè)懸念，為什么是倒序存儲(chǔ)的

那什么是大端小端呢？

大端（存儲(chǔ)）模式: 數(shù)據(jù)的低位存儲(chǔ)在內(nèi)存的高地址中，數(shù)據(jù)的高位存儲(chǔ)在內(nèi)存的低地址中

小端（存儲(chǔ)）模式: 數(shù)據(jù)的低位存儲(chǔ)在內(nèi)存的低地址中，數(shù)據(jù)的高位存儲(chǔ)在內(nèi)存的高地址中

那為什么會(huì)有大小端呢？

內(nèi)存中以字節(jié)為單位，但是比如int 是4個(gè)字節(jié)，那如何安排這個(gè)4個(gè)字節(jié)呢？就導(dǎo)致了大小端存儲(chǔ)模式

例如：一個(gè) 16bit 的 short 型 x ，在內(nèi)存中的地址為 0x0010 ， x 的值為 0x1122 ，那么 0x11 為高字節(jié)， 0x22 為低字節(jié)。對(duì)于大端模式，就將 0x11 放在低地址中，即 0x0010 中， 0x22 放在高地址中，即 0x0011 中。小端模式，剛好相反。我們常用的 X86 結(jié)構(gòu)是小端模式，而 KEIL C51 則 為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來選擇是大端模式 還是小端模式。

那我們?nèi)绾螠y(cè)試當(dāng)前電腦是哪種存儲(chǔ)模式呢？

int main(void)
{
	int a = 0x11223344;
	return 0;
}

我們調(diào)試打開內(nèi)存看一下

很明顯，數(shù)據(jù)的低位存儲(chǔ)在內(nèi)存低地址中，所以為小端存儲(chǔ)模式。

我們能不能寫一個(gè)程序，直接告訴我們大小端呢？

我們來分析一下

我們來看一下代碼

int decide_byte_orde()
{
    int i = 1;
    return *(char *)&i;
}

我們來測(cè)試一下

總結(jié)

深入理解數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是非常有必要的，我們之后碰到很多問題都會(huì)豁然開朗，大家一定要好好研究一下