float在内存中的存放方式

本文详细解析了浮点数在计算机中的存储方式,包括符号位、指数位和尾数位的具体含义及其在内存中的布局。并通过实例演示了如何将十进制数0.1转化为符合IEEE 754标准的32位浮点数。

给大家说说float在计算机中是怎么存储的。
大家都知道在C标准中,float是4个字节,也就是32bit。
在这32bit中,第一位是符号位,符号位后面的8bit是指数,在后面剩23bit就是尾数。
至于为什么要按照这样的顺序,我后面会和大家讲。
要想知道float是怎么存放的,就必须要搞明白规范化。
举个例子就明白了
123.4 * 10 ^ 5 这个就不是规范化的。
1.234 * 10 ^ 7 这个就是规范化了。
简单吧。学过科学计数法应该都知道呵呵。
现在我们以0.1为例说明float到底是怎么存的。
首先十进制 0.1 化为二进制为 0.0001 1001 1001 1001 1001 1…… 再规范化
即 0.1 = 0.0001 1001 1001 1001 1001 1 = 1.1001 1001 1001 1001 1…… * 2 ^ -4(十进制转2进制都会吧,我不说了)
好吧现在看看怎么放的,首先是符号位为正所以是0,下面是指数位存 -4 即 1111 1100(补码)。再下面存的就是1001 1001 1001 1001 1001 100 大家可能要问了最先的那个1呢?因为规范化之后第一位肯定是1,所以这个1被省略了。。
那0.1 是不是就 是 0   1111 1100   1001 1001 1001 1001 1001 100 呢?
不是的。(你是不是耍我,,没有啦有点耐心)
如果按照这样的存法
1 就是 0 0000 0001 0000 0000 0000 0000 000
在进行float类型的大小比较的时候就比较麻烦了。 必须先转换回来再比较。
前人还是十分聪明的。 为了比较大小的方便,可以直接按照整数的比较方法来比较(这也是为什么要按照先指数后尾数的顺序来放的原因),规定:
指数加127后再存储,
意思就是 0.1 的2进制的时候 指数是 -4 但是我存的是123( 127 - 4 ),
1的指数是 0 但是存127.
所以0.1在内存中的真实存的是 0   1111 1000   1001 1001 1001 1001 1001 100

在C语言中,`float` 类型的浮点数在内存中的存储遵循 IEEE 754 标准,该标准定义了浮点数的格式以及如何进行浮点运算[^3]。IEEE 754 标准规定了单精度(32位)浮点数和双精度(64位)浮点数的存储格式。`float` 类型通常使用单精度格式[^4]。 ### IEEE 754 单精度浮点数格式 IEEE 754 单精度浮点数占用 32 位(4 字节),其存储格式分为三个部分: 1. **符号位**(1 位):表示浮点数的正负,0 表示正数,1 表示负数。 2. **指数部分**(8 位):表示浮点数的指数部分,采用偏移表示法(Bias),偏移值为 127。 3. **尾数部分**(23 位):表示浮点数的有效数字部分,存储的是小数部分,而不是完整的有效数字。 浮点数的实际值可以通过以下公式计算: $$ \text{Value} = (-1)^{\text{符号位}} \times 1.\text{尾数部分} \times 2^{(\text{指数部分} - 127)} $$ ### 示例解析 以下代码展示了如何查看 `float` 类型数据在内存中的存储形式: ```c #include <stdio.h> #include <math.h> union stu { int i; char c; float f; } a; int main() { a.i = 97; // 将整数 97 赋值给联合体中的 int 成员 printf("Integer value: %d\n", a.i); printf("Char value: %c\n", a.c); printf("Float value: %.100f\n", a.f); // 查看 float 成员在内存中的存储形式 printf("Calculated float value: %.100f\n", pow(2, -126) * (pow(2, -17) + pow(2, -18) + pow(2, -23))); return 0; } ``` 在这段代码中,`a.i = 97;` 将整数 97 赋值给联合体中的 `int` 成员,而通过 `a.f` 可以查看 `float` 类型在内存中的存储形式。输出的结果显示了浮点数在内存中的二进制表示[^4]。 ### 字节顺序的影响 `float` 类型的存储顺序会受到系统架构的影响。在大端(Big-Endian)系统中,最高有效字节存储在最低的内存地址,而在小端(Little-Endian)系统中,最低有效字节存储在最低的内存地址。例如,浮点数 `0x12345678` 在大端系统中存储为 `12 34 56 78`,而在小端系统中存储为 `78 56 34 12`[^2]。 ### 内存对齐与存储 在 C 语言中,`float` 类型的存储还需要遵循内存对齐规则。通常情况下,`float` 占用 4 字节,因此它会从 4 的倍数地址开始存储,以提高内存访问效率[^2]。 ### 浮点数的精度问题 由于 IEEE 754 标准的限制,`float` 类型在存储和计算过程中可能会出现精度问题。例如,某些十进制小数无法精确表示为二进制浮点数,这会导致计算结果出现微小误差。为了避免这些问题,可以使用更高精度的 `double` 类型,或者在需要精确计算的场景中使用定点数或十进制库[^3]。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值