C语言底层探秘：整数与浮点数在内存里到底是怎么藏起来的？-育师

引言

很多人写C语言，天天写int a; float b;，但很少思考一个问题：我们写的数字，在计算机内存这一大片字节格子里，到底是怎么存放的？为什么同样一串二进制，当int读是9，当float读就变成0.000000？为什么char a=-1打印%u会出来255？大小端又是什么鬼？今天咱们抛开晦涩课本，把内存存储一次性讲明白。

一、整数在内存：存的不是原码，是补码

我们都知道，计算机只认识0和1。对于有符号整数，有三套二进制表示：原码、反码、补码。

原码：直接把数字转成二进制，最高位当做符号位，0代表正数，1代表负数。
反码：正数反码等于原码；负数符号位不动，其余全部按位取反。
补码：正数补码=原码；负数 = 反码 + 1。

💡重点：内存里面，整数一律存放补码！不是原码！

为啥非要搞补码，直接存原码不好吗？

CPU只有加法器，没有减法器。减法可以转换成补码的加法运算。计算5‑3等价于5 + (-3)的补码相加。
解决原码里面存在+0和‑0两个编码的问题，补码体系中0只有唯一一份编码，还多挤出来一个负数可用。

举个8位signed char例子：

-1原码：1000 0001
-1反码：1111 1110
-1补码：1111 1111

所以内存中存的就是11111111。这就解释了经典笔试题：

char a = -1; unsigned char c = -1; printf("%d", c); //输出255

内存字节是0xff，当成无符号解读，就是255。

8位有符号char范围：‑128 ~ 127注意：‑128没有对应的原码和反码，是补码独有的，二进制10000000。

无符号数溢出：环形绕圈现象

无符号数字到最大值再加1，不会报错，直接绕回0。unsigned char范围0‑255，255+1直接变成0。之前那道高频面试题：

char a[1000]; int i; for(i = 0; i < 1000; i++) { a[i] = -1 - i; } printf("%d", strlen(a));

strlen统计到'\0'（字节0）停止。‑1‑i赋值给char，截断保留低8位。当i=255，‑1‑255 = ‑256，低8位全部为0，也就是\0。前面一共255个有效字符，输出255。

小技巧：8位数据，只要是256的整数倍，截断低8位一定等于0。

二、大小端：同一个数字，两种摆放方式

问题来了：一个int占4字节，4个字节怎么排列放在内存地址上？这里就诞生了大端、小端模式。

举个例子：int a = 0x11223344;把这个int拆开成4个字节：高字节：0x11，0x22，低字节：0x33，0x44

内存地址是从小到大增长的，就像一排从左向右编号的盒子。

小端模式（我们电脑VS、X86/X64都是小端）低字节放到低地址（左边盒子），高字节放到高地址（右边盒子）内存排布（地址由低→高）：44 33 22 11VS内存窗口，从左往右就是地址由低到高，看到的就是这个顺序。
大端模式（单片机KEIL C51常用）高字节放到低地址，低字节放到高地址内存排布（地址由低→高）：11 22 33 44，阅读更符合人类阅读习惯。

注意：大小端只是字节的摆放顺序，不会改变数值，只是内存存储布局不同。

面试手写：判断本机是大端还是小端

思路：把int=1，拿第一个内存字节看值。 int i=1，小端下最低地址存的字节是01；大端最低地址存00。

写法1，指针强制转换版：

int check_sys() { int i = 1; return *(char *)&i; }

返回1代表小端；返回0代表大端。

写法2，联合体版本（利用联合体成员共享同一起始内存）

int check_sys() { union{ int i; char c; }un; un.i = 1; return un.c; }

联合体所有成员共用同一块内存起始位置，un.c直接取第一个字节，不需要强制转换。

三、浮点数float/double，存储规则完全不一样

整数用补码存，但是浮点数完全不走补码这套体系！遵循国际标准IEEE754。

公式： $$V=(-1)^S × M × 2^E$$

拆解三部分：

S（符号位）：1bit，0正数，1负数
E（指数位）：用来存放2的多少次方
M（有效数字/尾数）

类型	S符号位	E指数位	M有效位
float(32位单精度)	1 bit	8 bit	23 bit
double(64位双精度)	1 bit	1 bit	11 bit

举例子：5.0，二进制写成101.0科学计数法：$1.01 × 2^2$ S=0，M=1.01，E=2。

两个关键规则

M的隐藏1M规定范围 $1 ≤ M <2$，一定是1.xxxx。标准直接把整数部分的1舍弃不存，内存只保存小数点后面xxxx部分。读取的时候自动把1加回来，凭空多出来1位精度。
E指数要加偏移量（中间数）E是无符号数，不能存负数。

float：E真实值 +127存入内存
double：E真实值 +1023存入内存

比如E真实等于2，float存入内存写：2+127 = 129。

E的三种读取情况

E不全0，不全1（正常情况）真实指数 = 内存E − 偏移量(127/1023)，M补上隐藏的1。
E全部为0隐藏的1不再加上，M变成0.xxxx。用来表示接近0的极小数字，±0。
E全部为1如果M全0，代表正负无穷；M不为0代表NaN（无效数值）。

经典迷惑代码，看完再也不懵

int n = 9; float *pFloat = (float *)&n; printf("n的值为:%d\n", n); printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat); *pFloat = 9.0; printf("n的值为:%d\n", n); printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);

输出：

n的值为:9 *pFloat的值为:0.000000 n的值为:1091567616 *pFloat的值为:9.000000

n=9，内存二进制：00000000 00000000 00000000 00001001。把这串二进制强行按float规则解读。 S=0，E=全0，进入E全0特殊场景，算出来是极小接近0的数字，打印就是0.000000。
往这个内存地址写入浮点数9.0，按照IEEE754编码写入一串bit。再用int去读取这串bit，就得到十进制数字1091567616。