数据在内存中的存储方式

2018-09-17 阅读量

数据在内存中的存储

整数

整数在内存中都是以补码的形式存放的
正数：正数的原码、反码、补码都相同。
负数：
原码符号位是1，其余位和绝对值对应的正数相同。
反码除符号位以外按位取反。
补码反码加1。（所以负数在内存中的存储是对应的正数按位取反然后加1）

例如

(32位操作系统)
5
原码  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
反码  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
补码  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101

-5
原码  1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101
反码  1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1010
补码  1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011
十六进制为
FFFFFFFB

浮点数

浮点数=(−1)^S × M × 2^E

符号位 S 当 s = 0,为正数, s = 1 为负数。
尾数,有效数字 M,值大于等于1,小于2,一般化为规范小数的形式,即最高位为(个位)必须为1(即1.xxxx的形式),因此不存储个位,这样精度可以进一步增加。
指数 E,也称作阶码,因为指数部分有正有负,但E本身为无符号数,并且为了更高的精度,所以采用移位存储(更简单的来说，即把-126~+127的数字转换为1~254范围内的移码来表示，所以阶码E = 指数(真正值) + 127(1023))。

关于指数：

计算机表示的阶码 = E(数值上的指数)-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,即阶码偏移量。这个就是移码的表示形式。
即计算机存储值 = 真正的指数 - 中间数, 真正的指数 = 计算机存储值 + 中间数。
这是针对于阶码(计算机存储值)非全0或者非全1的表示方法(所以范围是1-254)。
E全为0。这时，浮点数的指数E等于1-127(或者1-1023)，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。
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）;如果有效数字M不全为0,表示这个数不是一个数(NaN)。

单精度 float(32位)

下标序号 31 23-30 0-22
表示内容符号阶码尾数
占位数 1 8 23

双精度 double(64位)

下标序号 63 52-62 0-51
表示内容符号阶码尾数
占位数 1 11 52

类型	长度	符号位	阶码	尾数	阶码范围	阶码偏移量	浮点数范围
float	32	1	8	23	-126~+127	+127	10^−38−10^+38
double	64	1	11	52	-1022~+1023	+1023	10^−308−10^+308

例如

1.
133.5f
133(10) = 1000 0101(2)
0.5(10) = 0.1(2)
133.5(10) = 1000 0101.1(2) = 1.000 01011 * 2^7
符号位 0
阶码   7 + 127 = 134(10) = 1000 0110(2)
尾数   000 01011(不够的位数用0补齐)
所以在内存中为
0100 0011 0000 0101 1000 0000 0000 0000
十六进制为
0x43058000

2.
0.5f
0.5(10) = 0.1(2) = 1.0 * 2^-1
符号位 0
阶码   -1 + 127 = 126(10) = 0111 1110(2)
尾数   0

3.
32位浮点数
0 1000 0010 0001 0000 0000 0000 0000 0000
符号 0
阶码 1000 0010(2) = 130(10)  指数  130 - 127 = 3
尾数 0001 0000 0000 0000 0000 0000
即浮点数为 1.0001 * 2^3 = 8.5

字节序

字节序即数据在内存中存储的顺序,有主机字节序(又叫CPU字节序)和网络字节序。

主机字节序

不是由操作系统决定的,而是由CPU指令集决定的,主要分为两种：
大端字节序: 高序字节存储在低位内存地址,低序字节存储在高位地址。
小端字节序: 高序字节存储在高位内存地址,低序字节存储在低位地址。

存储方式:
32位整数0x12345678，存放起始地址为0x00:

内存地址	0x00	0x01	0x02	0x03
大端	12	34	56	78
小端	78	56	34	12

// 判断大端小端
#include <iostream>using namespace std;

int main()
{
        int i = 0x12345678;

        if (*((char*)&i) == 0x12)
                cout << "大端" << endl;
        else  
                cout << "小端" << endl;

        return 0;
}

#include<stdint.h>
#include<stdio.h>

union X {
    int32_t a;
    struct {
        int16_t b;
        int16_t c;
    };
};
int main() {
    X x;
    x.a=0x20150810;
    printf("%x,%x\n",x.b,x.c);
    return 0;
}

各架构处理器的字节序

* x86（Intel、AMD）、MOS Technology 6502、Z80、VAX、PDP-11 等处理器为小端序；
* Motorola 6800、Motorola 68000、PowerPC 970、System/370、SPARC（除 V9 外）等处理器为大端序；
* ARM（默认小端序）、PowerPC（除 PowerPC 970 外）、DEC Alpha、SPARC V9、MIPS、PA-RISC 及 IA64 的字节序是可配置的。

网络字节序

网络字节序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式,与具体的CPU类型和操作系统无关,从而能保证数据在不同的主机之间可以正确被解释。
网络字节序采用大端排列方式。