浮点类型深谈

 

标题：浮点类型深谈

1．编写本文目的
浮点运算已属常用，但仍有深究必要，以消除其中可能的错误使用。

2．预期读者

3．编者语
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4．正文
㈠ float格式简谈
Inter 80386/80387 及以上型号CPU有三种浮点类型，即短实数、长实数和80位临时实数，分别占用4字节、8字节和10字节，对应着C/C++中的float、double和long double[注1]，我以 Real4、Real8和Real0表示之。
每种浮点格式皆应符合IEEE标准，称为规格化数，不符合IEEE标准的浮点格式称为非格式化数（NAN），我以最简单的float格式举例。
Float格式数据长32 bits，最高位为符号位：0为正，1为负；紧接着的8位为阶码：为了便于比较大小，其固定偏移7FH长，即0实际表示-7FH，7FH实际表示0，0FFH实际表示80H；余下的低23位为尾数（有效数字），为了使有效数字达到最大精度，这23个有效数字隐含着固定位1[注2]，比如尾数10000000000000000000001其实就是1.10000000000000000000001，1被省略，而小数点固定在首位。
根据以上规则可以知道float所能表示的绝对值大小范围是
0 000,0000,0 000,0000,0000,0000,0000,0000 B 至
0 111,1111,1 111,1111,1111,1111,1111,1111 B
即±1.00000000000000000000000B×2^(0x00-0x7F) 到±1.11111111111111111111111B×2^(0xFF-0x7F)
然而事实上并不是这样，因为从这个范围可以看出它并不能表示0.0，而0.0为常用数字，所以特别规定±1.00000000000000000000000B×2⁰⁰为零，规定指数为0xFF的数字为非法数字，因此float实际的绝对值范围（除去0以外）是
0 000,0000,0 000,0000,0000,0000,0000,0001 B 至
0 111,1111,0 111,1111,1111,1111,1111,1111 B
即 0 并上 ±1.00000000000000000000001B×2^(0x00-0x7F) 到±1.11111111111111111111111B×2^(0xFE-0x7F)
可能的格式状态：
+不支持
+非有效数
-不支持
-非有效数
+规格化
+∞
-规格化
-∞
+0
+空
-0
-空
+不能规格化
-不能规格化
可能的异常：
无效操作
上溢
下溢
除零
不可规格化操作数
精度不足
㈡ 注意事项
a. 可以看出0可以用+0表示，也可以用-0表示，为此，CPU在比较零值时作了特殊处理，结果是±0虽然在存储器上格式不同，但比较值相同，然而如果是用字节来比较float类型大小时却需要注意这一点。
b. 运算上溢的值不是实际值，而是特值 0 111,1111,0 000,0000,0000,0000,0000,0000 B，例如 1.0×2¹²⁷ + 1.5×2¹²⁷ 不等于 1.5×2¹²⁸，虽然它有能力表示1.5×2¹²⁸。
c.
㈢ 在C++中的部分解决方案及遗留问题

5．参考资料
《Inter 80X86/80387 汇编指南》

6．附录
[注1]：M$认为double精度已足够，故在MVC++5.0及以后取消80位了临时实数，令long double等同于double，但在本文中的long double还是指80位临时实数。
[注2]：各种浮点类型格式类似，double指数偏移基数3FFH，long double指数偏移基数3FFFH，但long double特殊在无有效数字隐含位。
real04：符号位1，阶码08(固定偏移  7F)，尾数23，固定隐含位有；
real08：符号位1，阶码11(固定偏移 3FF)，尾数52，固定隐含位有；
real10：符号位1，阶码15(固定偏移3FFF)，尾数64，固定隐含位无；