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【C語言】四行代碼說明浮點型在記憶體中的儲存

【C語言】浮點數在記憶體中的儲存

    浮點數和整型數存入記憶體中的方式不同,它有一個專門的标準:

根據國際标準IEEE(電氣和電子工程協會) 754,任意一個二進制浮點數V可以表示成下面的形式:

                   (-1)^S * M * 2^E

(-1)^S表示符号位,當S=0,V為正數;當S=1,V為負數。

M表示有效數字,大于等于1,小于2。

2^E表示指數位。

在存入記憶體中的時候,其實隻是把浮點數的SEM值存入,需要用的時候,把SEM取出來,根據标準就可以轉化成存入的浮點數了

舉例來說:

【C語言】四行代碼說明浮點型在記憶體中的儲存

求出了對應的SEM值後,就要把這三個值存入位址中:

IEEE 754規定:

對于32位的浮點數,最高的1位是符号位s,接着的8位是指數E,剩下的23位為有效數字M

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對于64位的浮點數,最高的1位是符号位S,接着的11位是指數E,剩下的52位為有效數字M。

【C語言】四行代碼說明浮點型在記憶體中的儲存

IEEE 754對有效數字M和指數E,還有一些特别規定。

前面說過, 1≤M<2 ,也就是說,M可以寫成 1.xxxxxx 的科學計數法的形式,其中xxxxxx表示小數部分。

M:

IEEE 754規定,在計算機内部儲存M時,預設這個數的第一位總是1,是以可以被舍去,隻儲存後面的xxxxxx部分。

比如儲存1.01的時候,隻儲存01,等到讀取的時候,再把第一位的1加上去。這樣做的目的,是節省1位有效數字。

以32位浮點數為例,留給M隻有23位,将第一位的1舍去以後,等于可以儲存24位有效數字。

至于指數E,情況就比較複雜:

首先,E為一個無符号整數(unsigned int) 這意味着,如果E為8位,它的取值範圍為0~ 255;如果E為11位,它的取值範圍為0~2047。但是,我們知道,科學計數法中的E是可以出現負數的,是以IEEE 754規定,存入記憶體時E的真實值必須再加上一個中間數,對于8位的E,這個中間數是127;對于11位的E,這個中間數是1023。

比如,2^10的E 是10,是以儲存成32位浮點數時,必須儲存成10+127=137,即10001001。

能存當然能用

從記憶體中取出的話

S正常取出

M因為存的時候隻存了小數點後的小數部分,是以取出後應該是1.M

E就得分三種情況

①E不全為0或不全為1

這時,浮點數就采用下面的規則表示,即指數E的計算值減去127(或1023),得到真實值,再将有效數字M前加上第一位的1。

比如: 0.5(1/2)的二進制形式為0.1,由于規定正數部分必須為1,即将小數點右移1位,則為1.0*2^(-1),其階碼為-1+127=126,表示為01111110,而尾數1.0去掉整數部分為0,補齊0到23位

00000000000000000000000,則其二進制表示形式為: 0 01111110 00000000000000000000000

②E全為0這是一種特殊情況

這時,浮點數的指數E不用再算了,直接等于1-127(或者1-1023)即為真實值, 有效數字M不再加上第一位的1,而是還原為0.xxxxxx的小數。這樣做是為了表示±0,以及接近于0的很小的數字。

③E全為1

這時,如果有效數字M全為0,表示±無窮大(正負取決于符号位s);

好了,關于浮點數的表示規則,就說到這裡

接下來用幾行代碼來實際說明一下浮點型在記憶體中的存儲與使用

【C語言】四行代碼說明浮點型在記憶體中的儲存

這幾行代碼的意思是

分别按整型和浮點型存入記憶體的方式存入9和9.0

再分别按整型數和浮點數将其輸出

【C語言】四行代碼說明浮點型在記憶體中的儲存

這兩行代碼意思是按浮點數的方式輸出9

而9一開始存在記憶體中的二進制補碼為

00000000000000000000000000001001

對于這個二進制序列,要以浮點數輸出,系統就會用國際标準IEEE 754來對其進行判斷

【C語言】四行代碼說明浮點型在記憶體中的儲存

接下來是在記憶體中存入一個浮點數,按整型輸出

【C語言】四行代碼說明浮點型在記憶體中的儲存

先把9.0根據IEEE 754标準存入記憶體,即

(-1)^0 × 1.001×2^3

S=0

E=3

M=1.001

記憶體中:0 10000010 00100000000000000000000

這時,%d按整型列印,系統就會按整型對這個序列進行判斷

存在記憶體中的01000001000100000000000000000000就是整型數的補碼,由于是正數,補碼等于原碼,是以二進制序列對應的數為1091567616,即為輸出結果

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