细说C语言【内存存储】

本文章分为：内存结构、大小端存储、不同数据类型的存储方式

内存结构

C语言中，对内存进行了划分。总共分为：栈区、堆区、代码区、常量区、全局数据区。
其中全局数据又可细分为：初始化静态数据区和未初始化静态数据区

栈区

• 存放函数执行时的局部变量、函数参数和函数返回值

• 栈区的大小由操作系统决定

• 函数之间的调用是通过栈实现的，调用函数就入栈，函数执行完就出栈

• 栈区的数据由编译器自动分配和释放内存

• 栈区按地址由高到低生长。新分配的栈内存地址会比之前的低

• 栈区的操作非常高效、速度快，因为在栈空间的分配和释放只涉及移动栈指针

堆区

• 堆区是动态内存分配的区域，可以在程序中使用malloc、free进行申请和释放内存空间。在申请的内存区域使用完成后要及时释放，如果不能很好的控制内存使用，会造成内存泄露的风险。

• 在栈区另外的一个不同点，堆区申请的空间没有大小限制，大小由系统内存或虚拟内存上限决定

• 堆区的内存分配和释放通常比较慢，由于堆区还会涉及到内存碎片的整理，这些都会影响到内存的分配和释放性能

• 堆区的内存地址通常是从低地址向高地址方向增长的

代码区

存放要执行的二进制代码（编译后生成的），这部分是只读的

代码区是共享的，多个进行共享同一份代码

常量区

• 存放字符串常量（由指针方式创建的字符串，使用数据方式初始化的字符串不会存放在这里）

• 存放const修饰的全局变量

• 常量区存储内容固定，一般在编译时就已经确认

全局数据区

• 存放全局变量和静态变量（由static修饰的变量）【所以static会延长局部变量的生存周期】，这些数据只有在程序运行完成后才会销毁

• 全局变量可以在程序的任何地方访问，局部静态变量只能在声明它的函数内访问，但是函数调用后静态变量仍然存在，它的内存空间不会释放

大小端存储：

大小端存储时数据在内存存储的两种不同形式，主要涉及多字节数据类型的字节排列顺序

大端存储

数据的高地址存放在内存的低地址；数据的低地址字节存放在高地址

与人通常的书写方式相同

小端存储

数据的低字节存储在内存的低地址处，而高字节存储在高地址处

小端存储是目前处理器采用的存储方式；因为现代处理器都是以字节为单位获取数据，且经常处理最低有效字节，因此小端存储可以使不考虑符号比大小等类型的运算更加高效

大端优势在于符合人类的阅读习惯；小端优势在于其效率，在处理字节序列时不需要进行额外的转换操作

C语言浮点存储

浮点存储，遵循国际标准IEEE（电⽓和电⼦⼯程协会）754；二进制浮点数的表现形式

这也证明了浮点数用二进制表示会出现误差

浮点数的存储，就是存储S,M,E相关的值

在国际标准IEEE中规定，32位的浮点数（float），最高1位时存储符号S，接下来8位是存储整数E，剩下的23位用于存储有效数字M

在国际标准IEEE中规定，64位的浮点数（double），最高1位时存储符号S，接下来11位是存储整数E，剩下的52位用于存储有效数字M

负数存储方式

在知道存储方式之前，首先要明白，负数如何用二进制表示？

正数的存储方式，就是存储其的二进制格式；那么负数也应是存储其的二进制格式

原码、补码、反码

• 原码：其数据的二进制数字

• 反码：反码需要通过原码来计算

  • 非负整数反码
    反码 = 原码

  • 负数整数反码
    符号位不变，其余的位按位取反

• 补码：通过反码计算补码

  • 非负整数补码
    原码 = 反码 = 补码

  • 负整数补码
    补码 = 反码+1

负数的存储

计算负数的二进制过程如下：

• 负数的绝对值转为二进制

• 将绝对值的二进制按位取反

• 按位取反后的结果加1

一共三个步骤

注意负数的二进制并不是其补码