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
}
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。
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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
1.2 浮点数存储代码图解
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)。