整型在内存中的存储 原反补与大小端

作者的话

本文介绍整型在计算机中的以什么样的方式存储，包括“三码”相关知识、截断与提升相关知识、大小端存储相关知识~

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整型在内存的存储

计算机是一种电器，而电荷只有正电荷和负电荷之分，因此，任何数据在计算机中只能以二进制存储，即0和1的组合。

而在计算机中，整型有三种二进制表示方式，这三种存储方式的名字分别是原码、反码、补码。

三种方式均分为符号位和数值位，从左数第一位是符号位，其余位数值位，像这样 ：

上图是一个32位整型的例子，符号位是1，则这个数是负数；符号位是0，则这个数是正数。

unsigned与signed

然而，并不是所有的整型都有符号位。

以unsigned开头的数据类型就是无符号位类型，比如unsigned int、unsigned short int、unsigned char，这三种。

对于这三种类型来说，他们的符号位和数值位一样，都代表着数据的大小，因此，这三种数据类型也没有正负之分，他们只可能是正数！

比如说：signed char的范围是-128 ~ 127，而unsigned char，因为多了一位做数值位，所以数据的上限要翻一倍，故unsigned char的取值范围是0 ~ 255。

原码反码与补码

刚才我们说到，整型在计算机中有三种二进制存储形式，分别是原码，反码，补码。

对于正数、unsigned型的数来说，原码反码补码完全相同，即这三者的书写方式一模一样。

但对于负数来说，这三者各不相同，转换规则如下：

原码符号位不变，其他位取反，就成了反码。 反码+1，即是补码。 例如： -119的原码：10000000000000000000000001110111 -119的反码：01111111111111111111111111111001000 -119的补码：01111111111111111111111111111001001

由此可见：

• 原码就是数据按照大小翻译成二进制，再看类型和正负决定符号位。
• 原码与反码的转换过程相同，即原码取反+1后是补码，补码取反+1后又变成了原码。

计算机内的存储       

虽然二进制有三种表示方式，但在计算机中，总是以补码的方式保存。

原因如下：

1. CPU只有加法器，用补码存储可以无视符号位与数值位的区别，把他们两个放在一起计算。
2. 刚才说原码和补码的转换方式相同，这样可以节省硬件电路的复杂度。

计算机存储过程 

所谓过程，就是如何把这个数据放进计算机里面。

如果每种整型类型对应放置每种整型数据，那自然没什么好说的。

但是如果类型不同，就会发生截断。

截断：

超出某类型范围的数据放入该类型空间时，只保留一部分，像这样：

signed char的范围是-128~127。

如果我偏要把128放进去，然后打印，会发生什么？

 打印的结果居然是-128 ， 其原因就是在放入数据和取出数据的时候分别发生了截断和提升。

详解：

128的原码：00000000000000000000000010000000 128的补码：011111111111111111111111111110000000 因为a是1个字节，一个字节占8个bit位，所以从低位截出8位来。 截完以后a的内部：10000000 这就是截断，记住从操作系统从低位开始截，而且截的是补码。 a提升后的补码：11111111111111111111111110000000 a提升后的原码：10000000000000000000010000000 这一串翻译成十进制就是-128

整型如何提升

整型提升，用一句话说就是占用空间小于4个字节的数据类型，在使用时要先转换成至少为4个字节的int类型后，才能使用。

至于提升的方法，一共有两种，对于有符号数（signed）来说，按符号位提升；对于无符号数（unsigned）来说，无脑补0，像这样：

char a=0b10000000；
unsigned char b=0b11110000；

补完以后：

a：11111111111111111111111110000000

b：00000000000000000000000011110000

大小端存储

• 大端字节序存储模式，简称大端模式，是指数据的低位字节保存在内存的高位处。

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• 小端字节序存储模式，简称小端模式，是指数据的低位字节保存在内存的低处。

下面演示一个小端字节序的存储，像这样：

 上图可以看到，a的低位地址（0x00EFFB94），存储的是数据的低位字节；a的高位地址（0x00EFFB97），存储的是数据的高位字节。

注意：一个内存单元的大小是一个字节，因此，大小端存储的单位也是一个字节。

存在意义

我们知道，一个内存单元的大小是1个字节，但除了char类型，其他数据的占用空间大小都在1个字节以上，想要把一个数据的每个字节都放在一起，排列的顺序自然就成了一个问题。

历史遗留：

据说灵感来自格列佛游记，在格列佛游记中有一个小人国，有一个大人国，有一天大人国送了小人国一个鸡蛋，小人国的国王就在想，是从鸡蛋大的那一头开始剥，还是从小的那一头开始呢？

于是就有了大小端的说法，不同的模式没有优劣之分，只是选择不同。

如何分辨

当前我们常用的x86机器，采用的是小端存储模式，那么：

如何设计一个程序，可视化地判断当前环境是大端存储还是小端存储呢？

我们知道，计算机读取数据总是从低位开始读取，那么我们只需要令一个占用空间大于1个字节的变量存储一个小于1个字节的数据，然后利用指针类型的特性读取这一个字节就可以了，像这样：

int main()
{
	short a = 0x0001;	
    char* p = (char*)&a;

	printf("%d", *p);

	return 0;
}

short型数据占两个字节，我们以char类型的指针读取其中的低位第一个字节，查看打印的数字是0还是1即可。

效果图：

可以看到，打印结果是1，符合我当前的小端机器。 

都看到这了，留下你的关注吧~