内存里有没有数据类型

程序里面的数据类型在内存里到底是怎么表示的呢？lk 和 ok 最近对 C 语言的指针孜孜不倦地追求，但是“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”（出自南宋·陆游《冬夜读书示子聿》，原著：古人学问无遗力，少壮工夫老始成。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行）

内存是由操作系统内核（Kernel）进行初始化，内核就像一个工人，每次电脑一开机，内核就开始对一块叫做内存的区域（集成电路 + 半导体）进行初始化，并给它们进行编号。一旦电脑关机，整个“内存大厦”就土崩瓦解，所有的编号都消失了，成了一堆没有用的电子电路而已，如果再次开机，内核又会重建整个“内存大厦”。小 K 问，那操作系统内核又是怎么初始化的呢？这个问题就比较复杂了，超过了目前这篇文章关注的主题。

那内存里面究竟是什么样的呢？我们可以把内存看成一串又一串的小格子，就像下面这样。

每个格子叫一个位（bit），有很多很多的位连接在一起，每个位上就只能写 0 或者 1。操作系统内核一般会把这些位按照 8 个一组的方式进行初始化，而 8 个bit就组成了一个字节（Byte），为了方便看我们就按下面这样来进行图示。

接下来操作系统内核开工了，他会为每个字节编号（动词），发给每个字节的编号（名词）就是这个字节的内存地址，如下图所示。

0X0000、0X0001 和 0X0002 就是内存地址，现在用一段 C 语言代码来做验证。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 20000;
    int* a_ptr = &a;
    
    printf("%p\n", a_ptr);
    
    return 0;
}

这段代码输出了整型指针a_ptr指向的内存地址，我这里的输出为：000000000065FE0C（程序下次运行可能会变的），接着我们再用计算器的程序员模式算出 20000 的二进制表示为：0100111000100000。

因为变量a是整型，所以a需要使用 4 个字节（在我的操作系统上），按照从末尾 8 位一个字节的方式来解析这个二进制，那么可以得到 4 个字节，分别是：00000000、00000000、01001110、00100000，前面补两组 8 个 0 的字节，是因为 20000 这个二进制并不能填满 4 个字节，所以需要在前面补 0。

接下来用代码验证一下逻辑，将这个整型指针转换为字符型指针，因为字符型的长度是一个字节，所以字符型指针也是按一个字节进行内存地址的“寻址”。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 20000;
    int* a_ptr = &a;
    
    printf("%p->%d\n", a_ptr, *a_ptr);
    
    char* c_ptr = a_ptr; // 强制把一个字符型指针指向原来整形指针的位置
    
    printf("%p->%c\n", c_ptr, *c_ptr);
    
    c_ptr++;
    printf("%p->%c\n", c_ptr, *c_ptr);
    
    c_ptr++;
    printf("%p->%c\n", c_ptr, *c_ptr);
    
    c_ptr++;
    printf("%p->%c\n", c_ptr, *c_ptr);
    
    return 0;
}

输出的结果如下图。

可以看到整形变量a原来的地址为 000000000065FE0C，这个地址按照整型指针寻址后，值是 20000。现在我们把一个新的字符型指针c_ptr指向和a_ptr一样的地址，则改变了内存中这段二进制数字的读取方式。因为a原来为整型，而整型变量占用 4 个字节，所以我们将c_ptr指针可控地自增 3 次（超过 3 次概不负责哦），并且每次打印出内存地址以及这个地址指向的这个字节里面存的值（使用*c_ptr）。

先来研究下 4 个字节按道理都应该是些什么值。前面已经说过 4 个字节里面的二进制分别是：00000000、00000000、01001110、00100000，因为现在我们访问内存时用的是字符型指针，所以一个字节就会形成一个字符，而字符又和十进制通过 ASCII 码表进行对应，那么可以用程序员计算器算出这 4 个字节的整型值分别是：0（00000000）、0（00000000）、78（01001110）、32（00100000），然后去 ASCII 码表中查找对应的字符。

观察程序的输出，里面刚好出现了“N”这个字符，但是我们发现程序好像不是按照0、0、78、32的顺序输出的，而是反着输出的（其实这和操作系统如何存储数据有关，计算机操作系统存储数据有大端模式和小端模式，不同的操作系统可以采用不同的方式），根据我们刚才的实验结果，在 ok 的 Windows 电脑上可以做一个指针寻址的猜想（当然这不一定适合小 K 的树莓派操作系统），我猜想类型指针寻址是按照如下模式进行的。

整型指针指向“字节0”，因为是整型指针，所以需要再找 3 个字节到“字节3”，但是要完整构建这个整形数，需要从下往上排列这些二进制位，然后转换为相应的整型数。

为了验证这个的猜想，假设刚好有一个整型数通过上面的程序执行后会输出K、U、I、B四个char类型的字符，那先用我们的大脑来算一算这个整型数应该是多少。

按照刚才的猜想需要把这些二进制数按照从下往上的顺序排列出来：01000010010010010101010101001011，这个二进制数对应的整型数用计算器算出来是：1112102219，如下图所示。

好了，现在只需要把代码中的整型数 20000 改成 1112102219，如果输出分别为：K、U、I、B，那这个实验就成功了。

完美！

这个实验说明，内存中的数据根本没有什么数据类型的说法，内存中的数据如何解释完全是由我们的程序来定义的，因为我们想怎么玩就怎么玩，想让内存中的数据被解释成什么它就是什么！