小数在计算机中的表示

运行如下代码得到结果


你猜是多少呢?


嗯你没有看错得到的答案是57.

所以为什么会出现这种情况呢?首先需要探究的是0.58这个数字是如何在计算机中存储的。我们一般用下面格式表示浮点数。

S P M

其中S是符号位,P是阶码,M是尾数。

单精度浮点数是32位,双精度浮点数是64位。

### 补码表示法概述 在计算机科学中,补码是一种用于表示整数和小数的方法。对于正数而言,其补码与其原码相同;而对于负数,则通过特定规则计算得出。以下是关于如何用补码表示小数以及浮点数中的补码原理的相关说明。 #### 小数的补码表示方法 为了表示一个小数的补码,通常采用定点小数的形式。假设有一个二进制小数值 \(0.x_1x_2...x_n\) 或 \(-0.x_1x_2...x_n\) ,其中每一位 \(x_i\) 是 0 或 1 。 如果该值为正值,则它的补码就是它本身的二进制形式[^1]。如果是负值,则按照如下方式求得: 1. **取反操作**:将所有位按位取反(即将 0 变成 1,1 变成 0),不包括隐含的小数点前的符号位。 2. **加一操作**:对取反后的结果加上 1。 例如,给定一个负小数 \(-0.101_{(2)}\) 的补码表示: - 首先写出对应的绝对值部分:\(0.101_{(2)}\) - 对每位取反得到:\(1.010_{(2)}\) - 加上 1 后变为:\(1.011_{(2)}\) 因此,\(-0.101_{(2)}\) 在补码下的表现为 \(1.011_{(2)}\)。 #### 浮点数中的补码应用 当涉及到浮点数时,IEEE754标准并未直接使用补码来存储尾数,而是采用了偏移量技术处理指数字段并规定尾数总是规范化到接近于1的有效范围之内[^1]。然而,在某些特殊场景下或者教学模型里讨论过利用补码表达整个实数值的情况。 在这种假想条件下,假如我们希望以补码形式保存某个浮点型数据的话,可以遵循这样的原则——把实际数值拆解成为两部分:一个是整数部分,另一个则是纯小数成分。分别针对这两者单独转换为其对应类型的补码编码后再组合起来形成最终的结果字符串。 需要注意的是,这种做法并不常见于现代处理器架构之中,因为引入额外复杂度的同时并没有带来显著优势。而且正如前面提到过的那样,即使是在理论上探讨基于补码实现的浮点运算机制,也往往倾向于让原始输入先行变换至统一模式之下以便简化后续流程管理上的负担[^1]。 ```python def decimal_to_twos_complement_fraction(fraction, bits=8): """Convert a fractional part of a number to its two's complement binary representation.""" fraction_abs = abs(fraction) # Convert the absolute value into an integer by scaling up. scaled_value = int(fraction_abs * (2**(bits))) if fraction >= 0: return bin(scaled_value)[2:].zfill(bits) else: inverted_bits = ''.join(['1' if b == '0' else '0' for b in format(~scaled_value & ((1 << bits) - 1), f'0{bits}b')]) twos_comp = bin(int(inverted_bits, 2)+1)[2:] while len(twos_comp)<bits: twos_comp='0'+twos_comp return twos_comp[-bits:] print(decimal_to_twos_complement_fraction(-0.625)) # Example output might be something like '11010000' ```
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