【数据在内存中的存储】--整数在内存中的存储，大小端字节序和字节序判断，浮点数在内存中的存储

草莓熊Lotso

发布于 2025-10-29 13:26:18

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文章被收录于专栏：C++C++

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一.整数在内存中的存储

--整数的2进制表示方式有三种，即原码，反码，补码。

有符号的整数，三种表示方式均匀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，最高位的一位是被当作符号位，剩余的都是数值位。无符号整数则全是数值位，原反补都相同。

正整数的原，反，补码都相同。

负整数的三种表示方式各不相同。

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。

对于整型来说：数据存放在内存中其实存放的是二进制的补码

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；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。

二.大小端字节序和字节序判断

当我们了解了整数在内存中的存储后，我们再调试看看一个细节

#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 这个数字在内存中是按照字节为单位，倒着存储的。这是为什么呢？

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：

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。

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。

需要记住上面的这些概念。

2.2--为什么有大小端

为什么会有大小端模式之分呢？

这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着⼀个字节，⼀个字节为8 bit 位，但是在C语言中除了8 bit 的 char 之外，还有16 bit 的 short 型，32 bit 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

--注意看代码的注释，辅助理解

2.3.1--练习1

/*-------------------------------------------------
练习1：请简述大端字节序和小端字节序的概念
设计⼀个小程序来判断当前机器的字节序。（10分）- 百度笔试题
--------------------------------------------------*/
#include <stdio.h>
int check_sys()
{
	int i = 1;
	return (*(char*)&i);
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

2.3.2--练习2

//练习2
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = -1;
	//-1原码：10000000 00000000 0000000 00000001
	//反码：  11111111 11111111 1111111 11111110
	//补码：  11111111 11111111 1111111 11111111
	//放在char类型中，截断
	//11111111
	signed char b = -1;
	////-1原码：10000000 00000000 0000000 00000001
	//反码：  11111111 11111111 1111111 11111110
	//补码：  11111111 11111111 1111111 11111111
	//放在char类型中，截断
	//11111111
	unsigned char c = -1;
	////-1原码：10000000 00000000 0000000 00000001
	//反码：  11111111 11111111 1111111 11111110
	//补码：  11111111 11111111 1111111 11111111
	//放在char类型中，截断
	//11111111
	printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);//-1 -1 255
	//a整型提升后(整型提升按本身类型来)，再按占位符要求打印
	//11111111 11111111 11111111 11111111--补码
	//10000000 00000000 00000000 00000000--反码
	//10000000 00000000 00000000 00000001--原码
	// -1
	//b整型提升后
	//11111111 11111111 11111111 11111111--补码
	//10000000 00000000 00000000 00000000--反码
	//10000000 00000000 00000000 00000001--原码
	// -1
	//c整型提升后(无符号整型)，整型提升补0,原反补相同
	//00000000 00000000 00000000 11111111--补码
	//00000000 00000000 00000000 11111111--反码
	//00000000 00000000 00000000 11111111--原码
	// 255
	return 0;
}

2.3.3--练习3

//练习3.1
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = -128;
	//-128的原码：10000000 00000000 00000000 10000000
	//反码：      11111111 11111111 11111111 01111111
	//补码：      11111111 11111111 11111111 10000000
	//放在char类型中，截断
	//10000000
	printf("%u\n", a);//4294967168
	//按char类型整型提升
	//11111111 11111111 11111111 10000000--补码
	//按占位符%u的要求打印即无符号整型，所以原反补相同，且没符号位
	//11111111 11111111 11111111 10000000--原码
	// 4294967168
	return 0;
}

//练习3.2
#include <stdio.h>
int main()
{
	char a = 128;
    //-128的原码：00000000 00000000 00000000 10000000
	//反码：      01111111 11111111 11111111 01111111
	//补码：      01111111 11111111 11111111 10000000
	//放在char类型中，截断
	//10000000
	printf("%u\n", a);// 4294967168
	//按char类型整型提升
	//11111111 11111111 11111111 10000000--补码
	//按占位符%u的要求打印即无符号整型，所以原反补相同，且没符号位
	//11111111 11111111 11111111 10000000--原码
	// 4294967168
	return 0;
}

2.3.4--练习4

//练习4
#include <stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
	char a[1000];//char类型-128~127
	int i;
	for (i = 0; i < 1000; i++)
	{
		a[i] = -1 - i;
	}
	//-1 -2 -3 …… -127，-128，-129
	//-129超出了范围，解读成127，后面继续这样解读，一直到0
	//再到-1继续开始循环
	printf("%zu", strlen(a));// 255
	//strlen测\0之前的长度。从-127到1，所以是255
	return 0;
}

2.3.5--练习5

//练习5.1
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;//unsigned char类型 0~255
int main()
{
	//所以i<=255恒成立，255+1也会解读成0，再继续循环
	for (i = 0;i <= 255;i++)
	{
		printf("hello world\n");
		//死循环，一直打印
	}
	return 0;
}

//练习5.2
#include <stdio.h>
int main()
{
	unsigned int i;//无符号整型恒大于0，所以条件一直成立
	for (i = 9; i >= 0; i--)
	{
		printf("%u\n", i);
		//死循环，9 8 …… 0，一个很大的数，一直减小再到0，接着循环
	}
	return 0;
}

2.3.6--练习6

//练习6
#include <stdio.h>
//X86环境 小端字节序
int main()
{
	int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
	int* ptr1 = (int*)(&a + 1);
	int* ptr2 = (int*)((int)a + 1);//转换成整型+1，只跳过一个字节
	printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);
	//0x 00 00 00 04--4
	//0x 02 00 00 00--2000000
	return 0;
}

三.浮点数在内存中的存储

常见的浮点数：3.14159、1E10(

)等，浮点数家族包括： float 、 double 、 long double 类型。

浮点数表示的范围： float.h 中定义

3.1--练习

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

输出的结果会是啥呢，我们先看看，然后学习完后面的知识再来解析一下。

3.2--浮点数的存储

上面的代码中， n 和 *pFloat 在内存中明明是同⼀个数，为什么浮点数和整数的解读结果会差别这

么大？

要理解这个结果，⼀定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。

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：

V = (−1) S ∗ M ∗ 2 E

(−1) S 表示符号位，当S=0，V为正数；当S=1，V为负数
M 表示有效数字，M是大于等于1，小于2的,十进制转换成二进制

表示指数位

举例来看：

十进制的5.0，写成⼆进制是 101.0 ，相当于 1.01×2^2 。

那么，按照上面V的格式，可以得出S=0，M=1.01，E=2。

十进制的-5.0，写成⼆进制是 -101.0 ，相当于 -1.01×2^2 。那么，S=1，M=1.01，E=2。

IEEE 754规定：

对于32位的浮点数(float)，最高的1位存储符号位S，接着的8位存储指数E，剩下的23位存储有效数字M
对于64位的浮点数(double)，最高的1位存储符号位S，接着的11位存储指数E，剩下的52位存储有效数字M

float类型浮点数内存分配

double类型浮点数内存分配

3.2.1--浮点数存的过程

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。

至于指数E，情况就比较复杂

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。

3.2.2--浮点数取的过程

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（常规情况）

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 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(中间值)=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:

1. 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。

1. 0 00000000 00100000000000000000000

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）；

1. 0 11111111 00010000000000000000000

关于浮点数的表示规则就到这里了。

3.3--题目解析

--学完了上面的知识后，我们再来解析下一开始的练习吧~

先看这一部分

int n = 9;
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为：%d\n", n);//9
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);//0.000000

9存在int类型里用%d可以正常打印出来9

但是用%f就需要转换一下了，9以整数形式存储到内存中，得到如下二进制序列

1. 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001

首先，将 9 的二进制序列按照浮点数的形式拆分，得到第一位符号位s=0
后面8位的指数E=00000000 ，
最后23位的有效数字M=000 0000 0000 0000 0000 1001。

由于指数E全为0，所以E=1-127=-126

故浮点数V写成以下形式：

V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)

很明显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。

再来看看第二部分

*pFloat = 9.0;
	printf("n的值为：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);

9.0存在浮点数类型中用%f可以正常打印出来9.0

但是用%d打印就要转换一下了

首先，浮点数9.0 等于二进制的1001.0，即换算成科学计数法是：1.001×2^3
所以： 9.0 = (−1) ^0 ∗ (1.001) ∗ 2^3 ，
那么，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

1. 0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

将这个32位的二进制数，当作整数来解析，就是整数存在内存中的补码，原码解析完是1091567616

往期回顾：

【C语言内存函数】--memcpy和memmove的使用和模拟实现，memset函数的使用，memcmp函数的使用

【C语言字符函数和字符串函数(二)】--strcmp，strstr的使用和模拟实现，strncpy，strncat，strncmp函数的使用，strock，strerror函数的使用

结语:本篇文章就到此结束了，继前面一篇文章后,在此篇文章中给大家继续分享了数据在内存中的存储相关知识点，如整数在内存中的存储，大小端字节序和字节序判断，浮点数在内存中的存储等，后续会继续给分享其它内容，如果文章对你有帮助的话，欢迎评论，点赞，收藏加关注，感谢大家的支持。

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