【C语言】浮点型在内存中的存储

简介: 【C语言】浮点型在内存中的存储

代码引入:

关于浮点型的存储,我们不妨从一段代码引入:

#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);
  *pfloat = 9.0;
  printf("num的值为:%d\n", n);
  printf("*pfloat的值为:%f\n", *pfloat);
  return 0;
}

如果你并不了解浮点型在内存中的存储,你期望输出的结果可能是:9,9.0,9,9.0。

但实际上输出的内容是:

那么为什么?接下来我们就来学习浮点型在内存中的存储方式,具体解释在文章末尾。


浮点型在内存中的表示方法:

根据国际标准IEEE(电气和电子工程协会) 754规定,二进制的浮点数V可以表示成以下形式:

例如:

按照IEEE 754的规定,那么该二进制数可以表示为:

也就是说,在计算机内存中,浮点数的存储实际上是以S、M、E三个参数的形势来存储的,任何一个二进制浮点数都可以用S、M、E这三个数来表示。

接下来我们需要了解的就是S、M、E这三个参数在内存中又是如何存储的。


S、M、E在内存中是如何存储的:

根据IEEE 754规定:对于32位的浮点数,最高1位是符号位S,接着8位是指数E,剩下的23位为有效数字M(多的位数补0)

对于64位的浮点数,最高1位是符号位S,接着11位是指数E,剩下的52位为有效数字M(多的位数补0)


IEEE 754对有效数字M、指数E的特别规定:

有效数字M:

前面说过,M的取值范围是【1,2),也就是说M的大致格式一定是1.xxxxxx,所以在IEEE 754中规定,存入M时:将M的第一位1舍去,我们默认他就是为1,只保留后面的xxxxxx;读取M时:再将第一位的1加上去,这样做可以节省一位有效数字,存储的精度提高了。

指数E:

存入内存:

指数E规定的是无符号整数,但是在科学计数法中指数可以为负,IEEE 754是这样解决的,它规定E在存入内存时不真正存入他的真实值,而是将E加上一个中间数再存入内存,如果存储的是单精度浮点数,E占8位(0~255),那么要加的中间数就是127,如果是双精度浮点数,E占11位(0~2047),那么要加的中间数就是1023。

比如当指数E为10的时候,若该数是一个单精度浮点数,E在存入内存是,存入的实际为10+127=137,即10001001。

读取内存:

当E不全为0或不全为1(普遍情况):

存入内存的逆过程,即将E在内存中的值再减去中间数。

当E全为0:

E的值规定为1-127(或者1-1023)即为真实值,并且:有效数字M不再补1,取出的值以0.xxxxxx表示,目的是可以表示+-0,以及很小的数。

当E全为1:

如果此时有效数字M全为0,表示+-无穷大(+-取决与符号位S)。

开头代码的解释:

第一个打印解释略。

第二个打印:

根据上面所学内容,我们将9以单精度浮点数读取,看看是什么结果,首先因为9是整型,他存储在内存中的二进制序列(补码)为:

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001,我们将它放入单精度浮点数存储模型:

我们发现指数位E全为0,也就满足了我们前面所将E全为0的情况,那么

此时取出E时,E的值就为-126,也就是(-1)^0 * 1.001 * 2^(-126),那么此时这个数是一个非常小的接近于0的正数,所以屏幕上输出的为0.000000。

第三个打印:

首先9.0在内存中的存储为(-1)^0 * 1.001 *2^3,我们同样将它放入单精度浮点数存储模型(E不要忘了加中间数,M不要忘了去掉1):

在printf()函数中,我们取出的是以整型方式取出的,所以该二进制序列转化为十进制的值正是1091567616。

第四个打印略。

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