前言

深刻了解浮點型數(shù)據(jù)在內存中的存儲方式，是在修煉內功，讓后續(xù)的學習更深刻，更容易發(fā)現(xiàn)編程過程中的問題并解決問題，繼續(xù)帶鐵汁們學一波干貨~沖！

一、思考一下

咱們先上一盤開胃菜，試試看叭

#include<stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;	 
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
	
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);	
	return 0;
}

路飛：請問打印出來都是什么結果呢？貝吉塔：簡單，喏

路飛：哈哈~雖然很符合直觀想法，但是錯啦錯啦，喏

貝吉塔：蛤？？！這么奇怪的結果

二、浮點數(shù)存儲規(guī)則

既然上述結果跟我們所理解的整型數(shù)據(jù)存儲方式的結果不同，這就說明浮點型數(shù)據(jù)在內存中的存儲方式是不一樣滴~

2.1 浮點數(shù)表示方法的規(guī)定

詳細解讀：

根據(jù)國際標準IEEE（電氣和電子工程協(xié)會）754，任意一個二進制浮點數(shù)V可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2^E
• (-1)^S表示符號位。當S=0，V為正數(shù)；當S=1，V為負數(shù)
• M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2
• 2^E表示指數(shù)位

舉例來說：

十進制的5.5，寫成二進制是101.1，相當于(1)^0 * 1.011 * 2^2，此時

此時會有鐵汁有疑問，為什么5.5的二進制是101.1？？不應該是101.101嗎？

我們看看下圖，假如是101.101，那么轉換成十進制就是5.625，因為二進制每一位的權重都不同，不能想當然

假如說給的十進制是5.3，那么這個0.3是不能精確表示的，所以說浮點數(shù)容易丟失精度

2.2 浮點數(shù)的存儲

2.2.1 IEEE 754規(guī)定

對于32位的浮點數(shù)（float），最高的1位是符號位S，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位是有效數(shù)字M

對于64位的浮點數(shù)（double），最高的1位是符號位S，接著的11位是指數(shù)E，剩下的52位是有效數(shù)字M

2.2.2 IEEE 754對有效數(shù)字M，還有一些特別規(guī)定

前面說過，1≤M<2，也就是說，M可以攜程1.xxxxxx的形式。其中xxxxxx表示小數(shù)部分

IEEE 754規(guī)定，在計算機內部保存M時,默認這個數(shù)的第一位總是1,因此可以被舍去,只保存后面的xxxxxx。比如保存1.01時，只保存01，等到讀取的時候再放回去，這樣做的目的是節(jié)省空間

2.2.3 IEEE 754對指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定

1. 首先，E為一個無符號整數(shù)（unsigned int），這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0-255；如果E為11位，它的取值范圍為0-2047。
2. 但是我們知道，科學計數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內存時E的真實值必須再加上一個中間數(shù)
3. 對于8位的E，中間數(shù)取127；對于11位的E，中間數(shù)取1023。
4. 比如2^10的E是10，所以保存成32位浮點數(shù)時，必須保存成10+127=137，即為10001001

2.2.4 實操一下看看是怎樣存儲的

int main()
{
	float f = 5.5f;
	//(-1)^0 * 1.011 * 2^2
	//S = 0
	//M = 1.011
	//E = 2
	//這樣存： 0 10000001 01100000000000000000000
	//也就是： 0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000
	//十六進制表示： 40 b0 00 00
	return 0;
}

5.5按float存儲，如圖所示

轉換成十六進制就是40 b0 00 00，咱們調試看看叭~因為VS是小端字節(jié)序存儲,所以地址由低到高看到的是00 00 b0 40

2.3 浮點數(shù)從內存中取出

2.3.1指數(shù)E從內存中取出分三種情況

S和M的取出很簡單，原樣返回，但是E我就得仔細談談了

• E不全為0或不全為1：

這時，把E減去之前加上去的127（或1023），得到真實值，再講有效數(shù)字M前加上第一位的1，這種情況最簡單，逆著來就是了

• E為全0：

這時真實的E為-127（或-1023），太小了，所以規(guī)定浮點數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或1-1023）即為真實值，有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示±0，以及接近于0的很小的數(shù)字（這是規(guī)定，大家不要糾結）

• E為全1：

這時真實的E為128，太大了，如果有效數(shù)字M全為0,表示±無窮大(正負取決于符號位S)

2.3.2 實操一下看看是怎樣取出的

我們回到最開始的代碼，看看能不能解決啦

#include<stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;	 
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
	
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);	
	return 0;
}

答案：

• 先分析前兩個輸出：

首先，9是int類型的，存儲按整型存儲規(guī)則，就是在內存中都是以補碼形式存放的，而正數(shù)的原碼、反碼、補碼都一樣

2.第一個輸出是以%d（十進制整型）輸出，所以輸出結果確實是9

3. 第二個輸出，pFloat指針認為數(shù)據(jù)是以單精度浮點數(shù)類型存儲的，所以解應用的時候也是這么做的。此時pFloat發(fā)現(xiàn)E全為0，按照上述規(guī)則，9取出來就變成0.000000000000000000001001 * 2^-126，即使不管后面的指數(shù)！有效數(shù)字都已經非常小了！所以打印出來小數(shù)點后6位看到的是0.000000

然后，分析后兩個輸出：

首先，9.0是float類型的，存儲按浮點數(shù)存儲規(guī)則，即為
(-1)^0 * 1.001 * 2^3

存到內存里就是：

于是第三個輸出，%d把它當整型輸出，那么在整型眼里，直接把這32位直接轉成十進制輸出了，就造成了輸出結果為1091567616

而第四個輸出就是按float類型輸出的，所以結果就是9.000000

三、總結

• 內存可以認為都是一堆同樣的小格子
• 但是整型和浮點型數(shù)據(jù)在內存中的存儲方式是不一樣的，哪怕都是一樣的內存格子，卻有各自的規(guī)則限制著（看起來都是放格子里沒有差別）
• 所以輸出的時候，也有取出的規(guī)則，不然都一樣了

到此這篇關于C語言浮點型數(shù)據(jù)在內存中的存儲方式的文章就介紹到這了,更多相關C語言浮點型數(shù)據(jù)在內存的存儲內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評論