浮点数据在嵌入式串行通讯中的快速处理_通信浮点数处理-优快云博客

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讨论之前说明：
或许你觉得这个论题没有意义，因为完全可以把浮点数扩大相应的倍数，把浮点数变成整数再传输，解析的时候，直接把它们缩小相应的倍数就可以了。我也觉得这个方法是最好的，简单方便，但前提是需要工程人员们开发时协商好，或者利用文档做好约束说明。
可有的时候，并没有把浮点数经过任何处理，直接把它们按照计算机存储浮点数特有的方式（二进制）发送出来了，这时候需要把浮点数按照计算机存储浮点数的形式解析出来。由此就有个疑问：如何快速的把这些二进制数解析成浮点数呢？

1.浮点数在内存中存储形式

任何数据在内存中都是以二进制的形式存储的。对于浮点数在内存是如何用二进制存储的?目前所有的C/C++编译器都是采用IEEE所制定的标准浮点格式，即二进制科学表示法。

二进制科学表示法与十进制科学表示法类似：

十进制科学表示法： $\ a×10^b$ (1<|a|<10，b是整数，a和b是十进制数）
二级制科学表示法： $\ a×2^b$ (1≤|a|<2，b是整数，a和b是二进制数)

如：
-8.25用十进制的科学表示法表示就为: $\ -8.25×10^1$
-8.25用二进制的科学表示法表示就为: $\ -1.0001×10^3$ (具体方法见这)

根据上述理论，可看出无论是单精度还是双精度在存储中只需要为三个部分：

符号位(Sign) : 0代表正，1代表为负
指数位（Exponent）:用于存储科学计数法中的指数数据，并且采用移位存储
尾数部分（Mantissa）：尾数部分

char:1个字节
short:2个字节
int:4字节
long:4字节
float:4字节(单精度)
double:8字节(双精度)

IEEE浮点数规定：

对于float型数据，其二进制有32位，其中符号位1位，阶码8位，尾数23位；
对于double型数据，其二进制为64位，符号位1位，阶码11位，尾数52位。

类型	31	30-23	22-0
float	符号位	阶码	尾数

类型	63	62-52	51-0
double	符号位	阶码	尾数

符号位：0表示正，1表示负
阶码：这里阶码采用移码表示，对于float型数据其规定偏置量为127,阶码有正有负，对于8位二进制，则其表示范围为-128-127，double型规定为1023，其表示范围为-1024-1023。比如对于float型数据，若阶码的真实值为2，则加上127后为129，其阶码表示形式为10000010
尾数:有效数字位，即部分二进制位(小数点后面的二进制位)，因为规定ａ的整数部分恒为1，所以这个1就不进行存储了。

下面举例说明：

float型数据125.5转换为标准浮点格式
125二进制表示形式为1111101，小数部分表示为二进制为1，则125.5二进制表示为1111101.1，由于规定尾数的整数部分恒为1，则表示为1.1111011*2^6，阶码为6，加上127为133，则表示为10000101，而对于尾数将整数部分1去掉，为1111011，在其后面补0使其位数达到23位，则为11110110000000000000000

则其二进制表示形式为
0 10000101 11110110000000000000000

而反过来若要根据二进制形式求算浮点数

如0 10000101 11110110000000000000000，由于符号为为0，则为正数。阶码为133-127=6，尾数为11110110000000000000000，则其真实尾数为1.1111011。所以其大小为1.1111011*2^6，将小数点右移6位，得到1111101.1，而1111101的十进制为125，0.1的十进制为
1×2^(-1)=0.5，所以其大小为125.5。

由于以上不是重点讨论的知识，所以如果对以上讲解不是很清楚的，可以参见浮点在内存中的存储这里

华丽的分割线—–我的重点讨论区

2.浮点数据在嵌入式串行通讯中的快速处理

根据浮点数在内存中的存储形式，在串行通讯中，我们自然想到可以根据浮点数在内存中占用的字节数，把它们按一个个字节发送出来，但是发送出来的字节我们又怎么快速的还原成浮点数呢？或许你会想，我可以利用浮点数在内存中存储形式，把它们的符号位、阶码、尾数一一求出来，然后组合成浮点数。
上述方法当然是可行的，可是都需要计算的过程。
那么我们想，是不是不用计算，就直接可以把多个字节解析成浮点数呢？答案当然是有的。其实原理很简单，就借助浮点数在计算机内存中存储的形式，把将原浮点数的字节按照相应的顺序赋值给新的浮点数。
因为需要把浮点数按照字节划分，所以我们很容易想到利用位域和共用体去实现整个过程。下面用float为例说明该过程：

#include <stdio.h>
typedef union
{
    float all;
    struct
    {
    unsigned char f1:8;
    unsigned char f2:8;
    unsigned char f3:8;
    unsigned char f4:8;
    }bit;
} FLOAT;

int main()
{

    float a = 125.5;
    FLOAT b;
    b.all= a;

    unsigned char b1 = 0, b2 = 0, b3 = 0, b4 = 0;
    b1 = b.bit.f1;
    b2 = b.bit.f2;
    b3 = b.bit.f3;
    b4 = b.bit.f4;/*把b1,b2,b3,b4发出去*/


    /*解析接受到数据的过程*/
    FLOAT c;
    c.bit.f1 = b1;
    c.bit.f2 = b2;
    c.bit.f3 = b3;
    c.bit.f4 = b4;

    printf("c=%f", c.all);
    return 0;
}