1.什么是浮点数

浮点型数据就是数学中的小数,在C语言中,float、double、long double等都是浮点数。

int main()
{
	int n = 9;
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值为:%d\n", n);//9
	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);//9.0
}


codesys 浮点型_算法

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?

1.1 浮点数的存储规则

要理解上面代码为什么不同,就要搞懂浮点数在计算机中的表示方法。


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 
   。 
   1 ≤ M<2
•  
   2^E 
   表示指数位。

  举个例子: 

 
(-1)^S * M * 2^E)可以推出。E == 2,M == 1.10,S = 0。 
 -6


IEEE 754 规定


对于 32 位的浮点数,最高的 1 是符号位 S ,接着的 8位是指数E ,剩下的 23 为有效数字 M


对于 64 位的浮点数,最高的 1 是符号位S,接着的 11位是指数E ,剩下的 52 为有效数字 M



codesys 浮点型_有效数字_02


codesys 浮点型_c语言_03


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


1.2 浮点数存储代码图解

codesys 浮点型_浮点数_04

int main()
{
	float a = 5.5;
	//101.1 == 1.011 * 2^2
	//1.011 * 2^2
	//(-1)^0 * 1.011 * 2^2
	//S = 0,  E = 2,      M = 1.011
	//	|		| 2+127	      |
	//  0    1000 0001       011 0000000000 0000000000
	//0100|0000 1011|0000 0000|0000 0000|0000   —— 2进制
	// 4    0    b    0     0   0    0    0 == 4b b0 00 00  —— 16进制
	return 0;
}

1.3 关于 E 从内存中读取的其他情况


  • 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,即将小数点右移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
  • 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0,表示±无穷大(正负取决于符号位s)。

codesys 浮点型_codesys 浮点型_05