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浮点型在内存中的存储

2022-08-11 09:44:00 果辰辰果

一、浮点型的存储规则

根据国际标准IEEE(电气和电子工程协会) 754,任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式:

(-1)^S * M * 2^E
(-1)^S表示符号位,当S=0,V为正数;当S=1,V为负数。
M表示有效数字,大于等于1,小于2。
2^E表示指数位

举例来说:
十进制的5.0,写成二进制是 101.0 ,相当于 1.01×2^2 。
那么,按照上面V的格式,可以得出S=0,M=1.01,E=2。
十进制的-5.0,写成二进制是 -101.0 ,相当于 -1.01×2^2 。那么,S=1,M=1.01,E=2。

IEEE 754规定:
对于32位的浮点数,最高的1位是符号位s,接着的8位是指数E,剩下的23位为有效数字M。
在这里插入图片描述
对于64位的浮点数,最高的1位是符号位S,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M。
在这里插入图片描述

1.M的存储规则

IEEE 754规定,在计算机内部保存M时,默认这个数的第一位总是1,因此可以被舍去,只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的时候,只保存01,等到读取的时候,再把第一位的1加上去。这样做的目的,是节省1位有效数字。以32位浮点数为例,留给M只有23位,将第一位的1舍去以后,等于可以保存24位有效数字。

2.E的存储规则

首先,E为一个无符号整数(unsigned int)
这意味着,如果E为8位,它的取值范围为0255;如果E为11位,它的取值范围为02047。但是,我们知道,科学计数法中的E是可以出现负数的,所以IEEE 754规定,存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数,对于8位的E,这个中间数是127;对于11位的E,这个中间数是1023。比如,2^10的E是10,所以保存成32位浮点数时,必须保存成10+127=137,即10001001。

1.E不全为0或不全为1

这时,浮点数就采用下面的规则表示,即指数E的计算值减去127(或1023),得到真实值,再将有效数字M前加上第一位的1。
比如:
0.5(1/2)的二进制形式为0.1,由于规定正数部分必须为1,即将小数点右移1位,则为1.0*2^(-1),其阶码为-1+127=126,表示为01111110,而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位00000000000000000000000,则其二进制表示形式为:

0 01111110 00000000000000000000000

2.E全为0

这时,浮点数的指数E等于1-127(或者1-1023)即为真实值,有效数字M不再加上第一位的1,而是还原为0.xxxxxx的小数。这样做是为了表示±0,以及接近于0的很小的数字。

3.E全为1

这时,如果有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位s);

二、练习

int main()
{
    
	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("num的值为:%d\n", n);
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
	return 0;
}

解释:

当我们在没有学过这一节时,我们会不会认为它将会打印

9
9.0
9
9.0

但是当我们学完这一节,了解了浮点数在内存中的存储时

int main()
{
    
	int n = 9;
	//00000000 00000000 00000000 00001001 --补码
	float* pFloat = (float*)&n;//取地址
	printf("n的值为:%d\n", n);// 9
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);//9.0000000
	*pFloat = 9.0;
	//但是,在这里时不一样了按照浮点数在内存中的存储规则
	// 9.0在内存中的存储将会是
	// 1.001*2^3 符号位将是0 E=3+127=130
	//0 10000010 00100000000000000000000 这是浮点数在内存中的存储
	printf("num的值为:%d\n", n);
	//这里当n编译的时候,整型将浮点数的存储规则忽略,按正常情况打印
	//得到1,091,567,616
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);
    //这里浮点数正常编译,打印9.0000000
	return 0;
}

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