浮点型在内存中的存储

浮点型在内存中的存储

浮点型包括float、double、long doule。



前言

在内存存储中,整形与浮点型存储方式不同。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int n = 1;
	float* p = (float*)&n;                //将其强制类型转换为float*
	printf("n的值为:%d\n", n);
	printf("*p的值为:%f\n", *p);

	*p = 1.0;
	printf("n的值为:%d\n", n);
	printf("*p的值为:%f\n", *p);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
由图可以看出,两种类型转换后的结果出现差异,可以知道整形和浮点型在内存中的存储方式不同。


一、浮点型在内存中的取值范围

在C语言中,其取值范围的查询可以在float.h中查到。
在这里插入图片描述
在图上可以看出,在查阅float.h头文件后,从上至下红框依次为double的精度、最大取值、最小取值;float的精度、精度值、最大取值、最小取值。

二、存储规则

整数在内存中存储方法为反码,而浮点数的存储方法根据国际标准IEEE(电气和电子工程协会) 754,任意一个二进制浮点数V可以表示成下面的形式。

  • (-1)^S * M * 2^E
  • (-1)^s表示符号位,当s=0,V为正数;当s=1,V为负数。
  • M表示有效数字,大于等于1,小于2。
  • 2^E表示指数位。

在此假设某一浮点型为11.0
将其按照小数点前和小数点后分别化为二进制形式为:1011.0
其用上述规则表示为(-1)0 × 1.011×23
就可确定上述规则中的三个值,S为0,M为1.011,E为3。

对于浮点数的存储,只要将其S、M、E进行存储,就可以还原出浮点数的存储。
对于32位的单精度浮点数存储模型,其最高的1位为符号位S,紧接着的8位为指数E,剩下的23位为有效数字M。
对于64位的单精度浮点数存储模型,其最高的1位为符号位S,紧接着的11位为指数E,剩下的52位为有效数字M。

2.1 对于M

由于M的取值为1≤M<2,故M的个位总为1,故而为提高精度,有效数字的M在内存中仅仅存储小数点后的二进制位。

2.2 对于指数E的存储

E为一个无符号整数,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,科学计数法中的E是可以出现负数的,所以规定,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,2-1的E是-1,所以保存成32位浮点数时,必须保存成-1+127=126,即0111 1110。

2.3 指数E从内存中取出

1、E不全为0或不全为1
指数E的计算值减去127(或1023),得到真实值,再将有效数字M前加上第一位的1。
2、E全为0
浮点数的指数E等于1-127(或者1-1023)即为真实值。
有效数字M不再加上第一位的1,而是还原为0.xxxxxx的小数。这样做是为了表示±0,以及接近于0的很小的数字。
3、E全为1
如果有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位s)。

总结

本篇博客介绍了浮点型在内存中的存储规则,利用C语言进行相关讲解。

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