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正文开始

整数在内存中的存储

1. 整数在内存中的存储

整数的2进制表示方法有三种，即 原码、反码和补码

有符号的整数，三种表式方法均有 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做符号位，剩余的都是数值位。

正整数的原 , 反 , 补都相同
负整数的三种表示方法各不相同

对于整形来说: 数据的存放内存中其实存放的都是补码.

为什么呢?

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。

2. 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, 我们调试看一个细节:

#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 这个数字是按照字节为单位 , 倒着存储的 , 这是为什么呢?

通过上图我们可以发现:

1. 整数在内存中的存储是二进制的补码
2. 在调试窗口中观察内存的时候, 为了方便展示, 显示的是16进制的值
3. 存储的顺序是倒过来的!

接下来让我们一起揭晓大小端字节序

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 , 我们可以分为大端字节序存储和小端字节序存储, 下面是具体概念:

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。

上述概念需要记住, 方便分辨大小端

画图演示:

2.2 为什么有大小端

为什么要有大小端之分呢?

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8bit位，但是在C语⾔中除了8bit的 char 之外，还有16bit的 short 型，32bit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。

3. 练习

3.1 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

题目解析:

我们知道 , 对于一个16进制的1来说 , 0x00000001 在内存内存中的存储模式无非为以下俩种, 分别为大端字节序和小端字节序 , 此时我们只需要判断这个数字在内存中存储的第一个字节里面的内容即可 , 若为0则为大端字节序, 低位放在大地址处 , 若为1则为小端字节序存储 , 低位放在低地址处 , 由此我们可以进行代码实现 .

代码如下:

//代码一
#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;
}//代码2 
int check_sys()
{union{int i;char c;}un;un.i = 1;return un.c;
}

3.2 练习2

#include <stdio.h>
int main()
{char a = -1;signed char b = -1;unsigned char c = -1;printf("a=%d,b=%d,c=%d", a, b, c);return 0;
}

试题分析:

第一步: 首先 -1在内存中如何存放的呢?

-1 原码为:
10000000 00000000 00000000 00000001
补码为(在内存中存放):
11111111 11111111 11111111 11111111

第二步: 放到a里面会发生截断只存储后八个bit位, 即
11111111 ->a
其实b也一样,c也一样
11111111 ->b
11111111 ->c

第三步:%d打印a , %d表示打印整数 , 而字符a需要进行整形提升之后进行打印 , a位-1 需要补符号位, 结果为
11111111 11111111 11111111 11111111 转化为原码打印结果为-1 , b也一样, 因为char变量在vs环境下默认为有符号char
而%d打印c , c也需要进行整形提升, 因为是无符号char所以默认为一个正数, 高位需要补0,结果为
00000000 00000000 00000000 11111111 , 因为是整数所以原码和补码结果一样 , 打印结果为255

代码运行:

对于有符号的char类型, 取值范围是: -128 ~ 127

对于无符号char的1取值范围是 0~255

3.3 练习3

#include <stdio.h>
int main()
{char a = -128;printf("%u\n",a);return 0;
}

试题分析:

有了刚才的基础作铺垫,
首先-128 的原码为 10000000 00000000 00000000 10000000 ,
反码为 11111111 11111111 11111111 01111111
补码为 11111111 11111111 11111111 10000000

存放在a里面要发生整形截断
10000000 ->a
%u表示打印无符号整形
此时需要整形提升 , 补符号位1
11111111 11111111 11111111 10000000
而%u表示打印一个无符号数, 默认原反补相同 , 所以打印结果仍然为
11111111 11111111 11111111 10000000
转换成十进制是一个很大的数

代码运行:

#include <stdio.h>
int main()
{char a = 128;printf("%u\n", a);return 0;
}

试题分析:

128 原码为:
00000000 00000000 00000000 10000000
因为是整数补码一样
存放在a中会进行截断, 存储内容为10000000

%u打印 先整形提升结果为
11111111 11111111 11111111 100000000
打印结果和上题一样

代码结果:

#include <stdio.h>
int main()
{char a = 128;printf("%d\n", a);return 0;
}

试题分析:
而这里我们采用%d打印结果 , 结果就是-128, 因为此时编译器会将整形提升的结果默认为补码, 而有符号为的补码需要转化为原码

代码结果:

3.4 练习4

#include <stdio.h>
int main()
{char a[1000];int i;for (i = 0; i < 1000; i++){a[i] = -1 - i;}printf("%d", strlen(a));return 0;
}

试题分析:

求字符a的长度 , 也就是’\0’之前的内容 , 我们知道\0的ascll码值就是0, 也就是统计0之前的字符个数 , char型变量的存储范围为-128~127 , 首先我们来看下图 , 从00000000开始存储 , 到11111111的存储结果如下 , 而题目则是倒序, 即从-1倒序 ,
直到遇到0.其一个循环为255

代码运行:

3.5 练习5

#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);printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);return 0;
}
//代码运行结构是啥?

试题分析: 指针+1 取决于指针类型
整数+1就是+1
此题便运用到了我们所学的整形的存储, 大小端字节序的问题,如图所示为小端字节序存储在内存中的分布, 首先&a即指向一个数组+1跳过一个数组, ptr1指向的位置如图所示, 强制转化为int* 类型, 而ptr1[-1], 即 * (ptr1-1),向前跳过一个字节, 指向的位置如图所示, 十六进制打印结果为4, 而a表示的是数组首元素的地址,转化为int整数类型,+1就是+1,即加上了一个字节, 而一个强制转化为int * , 而一个int占四个字节, 指向的位置如下图一所示, ptr2解引为0x02000000 ,因为为小端存储, 所以高地址为高位

代码运行:

内存操作函数

1. memcpy的使用和模拟实现

函数介绍:

void * memcpy ( void * destination, const void * source, size_t num );• 函数memcpy从source的位置开始向后复制num个字节的数据到destination指向的内存位置。
• 这个函数在遇到 '\0' 的时候并不会停下来。
• 如果source和destination有任何的重叠，复制的结果都是未定义的。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int arr2[10] = { 0 };memcpy(arr2, arr1, 20);int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", arr2[i]);}return 0;
}

运行结果:

模拟实现:

#include<stdio.h>void* memcpy(void* dst, const void* src, size_t count)
{void* ret = dst;assert(dst);assert(src);while (count--) {*(char*)dst = *(char*)src;dst = (char*)dst + 1;src = (char*)src + 1;}return(ret);
}

2. memmove的使用和模拟实现

函数介绍:

void * memmove ( void * destination, const void * source, size_t num );• 和memcpy的差别就是memmove函数处理的源内存块和⽬标内存块是可以重叠的。
• 如果源空间和⽬标空间出现重叠，就得使⽤memmove函数处理

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };memmove(arr1 + 2, arr1, 20);int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", arr1[i]);} return 0;
}

运行结果:

模拟实现:
分为以下两种情况: 从前往后复制和从后往前复制

#include<stdio.h>void* memmove(void* dst, const void* src, size_t count)
{void* ret = dst;if (dst <= src || (char*)dst >= ((char*)src + count)) {while (count--) {*(char*)dst = *(char*)src;dst = (char*)dst + 1;src = (char*)src + 1;}}else {dst = (char*)dst + count - 1;src = (char*)src + count - 1;while (count--) {*(char*)dst = *(char*)src;dst = (char*)dst - 1;src = (char*)src - 1;}}return(ret);
}

3. memset函数的使用

函数介绍:

void * memset ( void * ptr, int value, size_t num );memset是⽤来设置内存的，将内存中的值以字节为单位设置成想要的内容。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{char str[] = "hello world";memset (str,'x',6);printf(str);return 0;
}

代码结果:

1 xxxxxxworld

4.memcmp函数的使用

函数介绍:

1 int memcmp ( const void * ptr1, const void * ptr2, size_t num );• ⽐较从ptr1和ptr2指针指向的位置开始，向后的num个字
• 返回值如下

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{char buffer1[] = "DWgaOtP12df0";char buffer2[] = "DWGAOTP12DF0";int n;n = memcmp(buffer1, buffer2, sizeof(buffer1));if (n > 0)printf("'%s' is greater than '%s'.\n", buffer1, buffer2);else if (n < 0)printf("'%s' is less than '%s'.\n", buffer1, buffer2);elseprintf("'%s' is the same as '%s'.\n", buffer1, buffer2);return 0;
}

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完

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