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一、浮点数存储规则
1、定义:
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)、(-1)^S * M * 2^E
(2)、(-1)^S表示符号位,当S=0,V为正数;当S=1,V为负数。
(3)、M表示有效数字,大于等于1,小于2。
(4)、2^E表示指数位。
2、图解:
32位的浮点数存储方式:
64位的浮点数存储方式:
二、浮点数的存储与读取
1、数据存储:
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。
注:
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。
IEEE规定为E开辟的空间只可以存储无符号整数,但是实际上E却可能是负数,比如0.5。因此IEEE规定E的真实值必须加上一个中间值(8位的E中间值为127,11位的为1023),在读取这个浮点数时又重新减去再减去中间值。
2、数据读取:
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0~255;如果E为11位,它的取值范围为0~2047。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。然后,指数E从内存中取出还可以再分成三种情况
(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。
9 -> 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
由于指数E全为0,所以符合E全为0的情况。因此,浮点数V就写成:
V=(-1)^0 × 0.00000000000000000001001×2^(-126)=1.001×2^(-146)
显然,V是一个很小的接近于0的正数,所以用十进制小数表示就是0.000000。
(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)。
S:直接拿出。
M:从内存中拿出后在前面加上1和小数点
E:减去中间值。
三、例题
#include<stdio.h>
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);
//00000000000000000000000000001001 正数原码=反码=补码
//0 00000000 00000000000000000001001
//S E M
//E全为0,直接用1-127=-126
//M = 0.00000000000000000001001
//S = 0
//(-1)^0 * 0.00000000000000000001001 * 2^(-126)
//0.000000
*pFloat = 9.0;
printf("num的值为:%d\n",n);
printf("*pFloat的值为:%f\n",*pFloat);
//9.0
//1001.0
//1.001 * 2^3
//(-1)^0 * 1.001 * 2^3
//存取
//S = 0
//M = 1.001
//E = 3 +127 = 130
//0 10000010 00100000000000000000000
//01000001000100000000000000000000
//直接将这个二进制转换成十进制的整数
//1,091,567,616
return 0;
}