C语言 float

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C语言 float

小刘好好学习   2022-05-28 我要评论

1.例子

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; 
}

那么输出的结果又是什么呢?

2.浮点数存储规则

由此可见,num 和 *pFloat 在内存中明明是 同一个数 ,为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大呢 ? 要理解这个结果,一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法:

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。

  • 举例说明:

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。

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 。

  • IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定。

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。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。

  • 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 0~255 ;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.

1.对于 8 位的 E ,这个中间数是 127 ;

2.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。 然而,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 ,既将小数点右移 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

  • E全为1

这时,如果有效数字 M 全为1 , 表示±无穷大 (正负取决于符号位 s );

解释前面的题目:

下面,让我们回到一开始的问题:

为什么 0x00000009 还原成浮点数,就成了 0.000000 ?

首先,将 0x00000009 拆分,得到第一位符号位 s =0 ,后面 8 位的指数 E =00000000 ,最后 23位的有效数字 M =000 0000 0000 0000 0000 1001。

由于指数E全为0 ,所以符合上一节的第二种情况。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 。 再看例题的第二部分。

请问浮点数9.0,如何用二进制表示?还原成十进制又是多少?

首先,浮点数 9.0 等于二进制的 1001.0 ,即 1.001×2^3 。

( - 1 ) ^0*1 . 0012 ^3 -> s = 0 , M = 1.001    E = 3 + 127 = 130

那么,第一位的符号位s=0,有效数字M等于001后面再加20个0,凑满23位,指数E等于3+127=130, 即10000010。 所以,写成二进制形式,应该是 s+E+M ,即

0 10000010 001 0000 0000 0000 0000 0000

这个 32 位的二进制数,还原成十进制,正是 1091567616

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