C++編程中整型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲是怎么樣的

1.整型的歸類

char

short

int

long

以上都分為有符號（signed）與無符號（unsigned）的類型

2.原碼、反碼和補(bǔ)碼

2.1 定義

計(jì)算機(jī)在表示一個數(shù)字時，是采用二進(jìn)制的方式，所以為了準(zhǔn)確表示一個數(shù)的正負(fù)，每一個有符號數(shù)都將其最高位視作是符號位，最高位為0表示正數(shù)，最高位為1表示負(fù)數(shù)。我們接下來以有符號整型int的數(shù)字進(jìn)行分析。

一個有符號整數(shù)由 符號位 + 數(shù)值位 組成，數(shù)值位是其最高位，分別以0/1表示正/負(fù)

對于正數(shù)來說，反碼補(bǔ)碼都與原碼相同；

對于負(fù)數(shù)來說，符合以下3條規(guī)則：

原碼：將十進(jìn)制數(shù)字直接翻譯為二進(jìn)制數(shù)

反碼：原碼的符號位不變，其他位按位取反

補(bǔ)碼：反碼+1

而對于整型來說，整型在內(nèi)存中實(shí)際上是以補(bǔ)碼的形式進(jìn)行存儲的。

2.2 補(bǔ)碼的意義

有的同學(xué)可能就會問了，為什么計(jì)算機(jī)要發(fā)展出原碼、反碼、補(bǔ)碼這么多種碼呢？

這就與計(jì)算機(jī)對于整數(shù)的運(yùn)算有關(guān)了。

CPU只有加法器，減法在運(yùn)算時也會被視作一個數(shù)加另一個負(fù)數(shù)。考慮到整數(shù)的最高位是符號位，兩個整數(shù)中若包含負(fù)數(shù)，以原碼直接相加得到的數(shù)一定是不對的。所以問題就變成了如何使得運(yùn)算簡單而精確，既要處理符號位，又要只進(jìn)行加法運(yùn)算，達(dá)到以某一種二進(jìn)制形式的“碼”直接相加就能得到正確結(jié)果。

下面，我們以60+（-18）為例，分別用原碼、反碼、補(bǔ)碼直接進(jìn)行二進(jìn)制的運(yùn)算。

原碼運(yùn)算：

00000000 00000000 00000000 00111100（ 60的原碼）+ 10000000 00000000 00000000 00010010（-18的原碼）-------------------------------------------10000000 00000000 00000000 01001110（某個數(shù)的原碼）

顯然，得到了的原碼轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制是-78，并非正確答案42。

反碼運(yùn)算：

00000000 00000000 00000000 00111100（ 60的反碼）+ 11111111 11111111 11111111 11101101（-18的反碼）-------------------------------------------100000000 00000000 00000000 00101001 截取后32位： 00000000 00000000 00000000 00101001（某個數(shù)的反碼）

顯然，得到了的反碼轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制原碼是41，并非正確答案42，但是只與正確答案相差（+1），于是，我們就想將負(fù)數(shù)的反碼+1，即變成“補(bǔ)碼”來進(jìn)行運(yùn)算，而又正數(shù)的補(bǔ)碼是原碼本身，這時候我們看看會怎么樣呢？

補(bǔ)碼運(yùn)算：

00000000 00000000 00000000 00111100（ 60的補(bǔ)碼）+ 11111111 11111111 11111111 11101110（-18的反碼）-------------------------------------------100000000 00000000 00000000 00101010 截取后32位： 00000000 00000000 00000000 00101010（某個數(shù)的補(bǔ)碼）

顯然，得到了的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制原碼是42，我們得到了正確結(jié)果。

2.3 結(jié)論

綜上，我們發(fā)現(xiàn)，只要將兩個整數(shù)使用補(bǔ)碼進(jìn)行運(yùn)算，就不需要考慮它們的符號位了，將它們的所有位直接簡單相加即可，就能得到正確的結(jié)果。

2.4* 負(fù)數(shù)二進(jìn)制補(bǔ)碼的快速轉(zhuǎn)化

對于char類型整數(shù)，-1用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示為

當(dāng)我們已知一個負(fù)數(shù)的二進(jìn)制補(bǔ)碼時，用比這個數(shù)多一位的、最高位為1、其他位全0、這里應(yīng)為9位的二進(jìn)制數(shù)

直接減去-1的二進(jìn)制補(bǔ)碼得

得到的數(shù)就是十進(jìn)制（-1）的絕對值，也就是1，只要加上負(fù)號，就能快速得到這個負(fù)數(shù)二進(jìn)制補(bǔ)碼的十進(jìn)制原碼。

原理十分簡單，一個負(fù)數(shù)的 原碼加上補(bǔ)碼 = 原碼+反碼+1 = 所有二進(jìn)制位全1再加1 = 多一位的、最高位為1、其他位全0

3. 大小端字節(jié)序

3.1 什么是大小端

在內(nèi)存中，數(shù)據(jù)的大小端存儲是在 字節(jié) 尺度上進(jìn)行討論的

大端存儲模式：數(shù)據(jù)的 低位 保存在內(nèi)存的 高地址 ，數(shù)據(jù)的 高位 保存在內(nèi)存的 低地址

小端存儲模式：數(shù)據(jù)的 低位 保存在內(nèi)存的 低地址 ，數(shù)據(jù)的 高位 保存在內(nèi)存的 高地址

3.2 為什么有大端和小端之分

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們通常是以字節(jié)為單位存儲數(shù)據(jù)的，每個地址對應(yīng)一個字節(jié)。

一個字節(jié)為8bit，但是在C語言中除了8bit的char之外，還有16bit的short，32bit的int。另外，對于位數(shù)大于8位的處理器，例如16位和32位的處理器，由于寄存器寬度大于一個字節(jié)，那么必然存在著如何將多個字節(jié)安排的問題。這邊導(dǎo)致了大小端存儲模式的誕生。

我們以int類型的數(shù) 0x01ff4218 為例（兩個十六進(jìn)制位即為1個字節(jié)），看一下在大小端下這4個字節(jié)分別是如何分配的

3.3 寫一段代碼來判斷你的機(jī)器的大小端字節(jié)序

算法簡單概括：截取4個字節(jié)大小的int整型的1個字節(jié)的低位。若機(jī)器為大端字節(jié)序，該字節(jié)存儲0x00；若機(jī)器為小端字節(jié)序，該字節(jié)存儲0x01；

#include《stdio.h》//實(shí)現(xiàn)方法1int check1（）{ int i = 1; return *（char*）&i;}

//實(shí)現(xiàn)方法2int check2（）{ union check { int i; char c; }ch = {1}; return ch.c;}

int main（）{ int ret = check1（）; if （ret == 1） { printf（“小端

”）; } else { printf（“大端

”）; } return 0;}

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