C语言中整数与浮点数在内存中存储的区别

        在C语言编译环境下,我们常见的整数和浮点数是以二进制的方式存储的,但是他们的存储方式二进制读取有较大的差异。

        整数的存储方式和读取规则:     

         存储方式:

        例如 9 这个十进制的数字,要以二进制的形式存储在四个字节的整型 int 类型中,共有 32 个比特位:(像这样)

        00000000   00000000   00000000   00001001 

        最前面的红色数字代表数字正负,1代表是负数,0代表是正数,最后面的数字往左数分别代表2的0次方,2的一次方,2的二次方......(以此类推)。

        而这段二进制代表的是原码,而在内存中要转换为补码,对原码取反加一就能得到补码,但对于正数来说,原码,反码,补码是相同的,对于负数来说,就可适用于上面的对原码取反加一得到补码。

        例如这是个负数二进制在原码,反码,补码的关系:

        十进制数字:-9

        (原码)    10000000   00000000   00000000   00001001

      (反码) 11111111    11111111      11111111   11110110

      (补码)  11111111   11111111      11111111   11110111

        读取规则:

        读取时要把内存中的补码取反加一变成原码再进行解读。

        若是以%d的形式读取,则是以有符号的整数打印,把内存中的补码取反加一变成原码再读取打印数字。

        若是以%u的形式打印,则是以无符号的整数打印,这时内存中的补码就是被当成原码进行读取打印数字。

        浮点数的存储方式和读取规则:

         常见的浮点数:3.14159、1E10等,浮点数家族包括: float、double、long double 类型。 浮点数表示的范围:< float.h > 中定义

     

               

            比如  9.5  这个十进制的数字,小数点前面的数字 9 就二进制表示成  1001   ,小数点后面  5  表示成  1 (具体原理看下图) , 整体为  1001.1  也就是  1.0011 * 2^3

         

         (上图中间的黑色点是小数点)

         那么我们就可以得到:S = 0 ,M = 1.0011,E = 3

        如果是十进制的  -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。 (S代表符号,1表示负,0表示正)

        

         

        存储方式:

                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,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,对于8位的E,这个中间数是127;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

        读取规则:

        指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:

                一:E不全为0或不全为1

                把里面的二进制的E提取出十进制的数值再减去127(或1023)得到真实的值,再将有效         数字M前加上第⼀位的1。

             

二:E全为0 

        

        三:E全为1

         

        现在我们来举个例子(由于上面二和三E的两种情况我们是无法拿到精确的浮点数的,我们就举一的情况) 

        例如  9.5  就规定是  1001.1   ---->    1.0011 * 2^3

        s=0 , M=1.0011  ,E=3

        存储为float类型的话:

        0 10000010 00110000000000000000000

        提取时:

        E=130-127=3   ,   M= 1.0011

        即是:

        1.0011*2^3  ----->   1001.1  ------>   9.5

好了,到这里就结束了,如果有错误的地方欢迎大家指出来。

        

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