深度理解C语言二——浮点型数据在内存中的储存(赢在CSDN)

简介: 深度理解C语言二——浮点型数据在内存中的储存(赢在CSDN)

前言


上篇文章我们学习了整型数据在内存中的存储,这篇文章我们再学习一下浮点型数据在内存中的存储,这篇文章学习起来也很难理解,还是希望我们能多用自己的方法来理解记忆。


一、一个示例代码来引出学习


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; }


我们可以自己先尝试做一下这道题目(后面会详细学习),看一下自己的答案和运行结果是否一致,这个代码的运行结果是:


带着疑问,就让这个代码来引入我们今天的学习。


二、浮点型数据的储存规则


浮点数的表示

浮点型数据在内存中的存储和整型数据的存储完全不一样,这里没有什么原码反码和补码的概念。

根据国际标准IEEE,任意一个二进制浮点数可以表示成下面的形式:

(-1)^S * M * 2^E

解释:(-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。

我们用一个例子来理解上述句子:比如说10进制数字3.0 ,写成二进制是11 ,也就是1.1*2^1

因为3是正数,所以s=0,M=1.1,E=1,所以表示为:(-1)^0 * 1.1 * 2^1 ,也就是1.1 * 2^1

再比如十进制的-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 。


浮点数的储存

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。


对于64位的双精度浮点数,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。


如果填不满就补0。

但是这里还有比较特殊的地方,前面说过, 1≤M<2 ,也就是说,M可以写成 1.xxxxxx 的形式,其中xxxxxx表示小数部分。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。

至于指数E,情况就比较复杂。

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0到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。比如,2^10的E是10,所以保存成32位浮点数时,必须保存10+127=137,即10001001。

存进去之后再取出来的话就和上述规则相反就行,但是E从内存中取出还可以再分成三种情况,这个比较麻烦,这里不多写了,这种情况也比较少见。


三丶再次理解示例代码


如果理解了上述的学习,那么我们再来理解一下开头的那个代码。

int main()
{
 int n = 9;
 float *pFloat = (float *)&n;
 printf("n的值为:%d\n",n);                1
 printf("*pFloat的值为:%f\n",*pFloat);    2
 *pFloat = 9.0;                            3
 printf("num的值为:%d\n",n);              4
 printf("*pFloat的值为:%f\n",*pFloat);    5
 return 0; }


1.第一行这个应该没有什么大问题,定义了一个变量n,再用%d打印出来,这个和指针无关,就是9。

2.第二行,我们上面把n的地址放到浮点型指针上了,那么解引用的时候就是用浮点型数据的视角来看待数据。9的二进制补码为00000000 00000000 00000000 00001001

但是解引用时是这样来看待这个数据的 :

所以这个数据取出来后:E要减去127,得到真实值,再将有效数字M前加上第一位的1。由于这里E已经是-127了,说明这个数要乘的数已经是2的-127次方,这个数已经非常非常小了,浮点型数据(float)默认保留小数点后6位,但是由于这个数实在是非常小,所以以浮点数的视角打印出来的话就是0.000000

3.第三行,这次是按照浮点型的存储方式往里放,这个9转换成标准形式就是1.001×2^3

S=0 M=1.001 E=3(存的时候要+127)

所以应该是这样存的:

4.以%d整数的视角来打印,我们就是打印上述二进制码(01000001000100000000000000000000),所以打印出来是个非常大的数.

5.这里以浮点数的视角打印就很好理解了,怎么放进去的怎么拿出来,打印的就是9.000000


总结


本篇文章学习了浮点型数据在内存中是如何存储的,比较难理解,希望我们都能多理解记忆。这个系列的文章比较难理解,希望我们都能多用自己的思维去理解记忆,这样会好理解一些。

本篇文章内容结束,感谢大家观看。如果意见或建议,可以在评论区留言,您的点赞是我更新的动力。我们下篇文章再见。

目录
相关文章
|
16天前
|
监控 算法 应用服务中间件
“四两拨千斤” —— 1.2MB 数据如何吃掉 10GB 内存
一个特殊请求引发服务器内存用量暴涨进而导致进程 OOM 的惨案。
|
14天前
|
C语言
【c语言】动态内存管理
本文介绍了C语言中的动态内存管理,包括其必要性及相关的四个函数:`malloc`、``calloc``、`realloc`和`free`。`malloc`用于申请内存,`calloc`申请并初始化内存,`realloc`调整内存大小,`free`释放内存。文章还列举了常见的动态内存管理错误,如空指针解引用、越界访问、错误释放等,并提供了示例代码帮助理解。
26 3
|
15天前
|
存储 C语言
数据在内存中的存储方式
本文介绍了计算机中整数和浮点数的存储方式,包括整数的原码、反码、补码,以及浮点数的IEEE754标准存储格式。同时,探讨了大小端字节序的概念及其判断方法,通过实例代码展示了这些概念的实际应用。
31 1
|
20天前
|
存储
共用体在内存中如何存储数据
共用体(Union)在内存中为所有成员分配同一段内存空间,大小等于最大成员所需的空间。这意味着所有成员共享同一块内存,但同一时间只能存储其中一个成员的数据,无法同时保存多个成员的值。
|
22天前
|
监控 Java easyexcel
面试官:POI大量数据读取内存溢出?如何解决?
【10月更文挑战第14天】 在处理大量数据时,使用Apache POI库读取Excel文件可能会导致内存溢出的问题。这是因为POI在读取Excel文件时,会将整个文档加载到内存中,如果文件过大,就会消耗大量内存。以下是一些解决这一问题的策略:
54 1
|
25天前
|
缓存 安全 Java
使用 Java 内存模型解决多线程中的数据竞争问题
【10月更文挑战第11天】在 Java 多线程编程中,数据竞争是一个常见问题。通过使用 `synchronized` 关键字、`volatile` 关键字、原子类、显式锁、避免共享可变数据、合理设计数据结构、遵循线程安全原则和使用线程池等方法,可以有效解决数据竞争问题,确保程序的正确性和稳定性。
34 2
|
16天前
|
存储 C语言
【c语言】字符串函数和内存函数
本文介绍了C语言中常用的字符串函数和内存函数,包括`strlen`、`strcpy`、`strcat`、`strcmp`、`strstr`、`strncpy`、`strncat`、`strncmp`、`strtok`、`memcpy`、`memmove`和`memset`等函数的使用方法及模拟实现。文章详细讲解了每个函数的功能、参数、返回值,并提供了具体的代码示例,帮助读者更好地理解和掌握这些函数的应用。
15 0
|
25天前
|
C语言
保姆级教学 - C语言 之 动态内存管理
保姆级教学 - C语言 之 动态内存管理
16 0
|
3月前
|
存储 编译器 C语言
【C语言篇】数据在内存中的存储(超详细)
浮点数就采⽤下⾯的规则表⽰,即指数E的真实值加上127(或1023),再将有效数字M去掉整数部分的1。
339 0
|
24天前
|
存储 弹性计算 算法
前端大模型应用笔记(四):如何在资源受限例如1核和1G内存的端侧或ECS上运行一个合适的向量存储库及如何优化
本文探讨了在资源受限的嵌入式设备(如1核处理器和1GB内存)上实现高效向量存储和检索的方法,旨在支持端侧大模型应用。文章分析了Annoy、HNSWLib、NMSLib、FLANN、VP-Trees和Lshbox等向量存储库的特点与适用场景,推荐Annoy作为多数情况下的首选方案,并提出了数据预处理、索引优化、查询优化等策略以提升性能。通过这些方法,即使在资源受限的环境中也能实现高效的向量检索。