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。

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