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  • 浮点型在内存当中的存储方式

    浮点型变量在计算机内存中占用4字节(Byte),即32-bit。遵循IEEE-754格式标准。

    一个浮点数由2部分组成:底数m 和 指数e。

                             ±mantissa × 2exponent

     (注意,公式中的mantissa 和 exponent使用二进制表示)

    底数部分 使用2进制数来表示此浮点数的实际值。

    指数部分 占用8-bit的二进制数,可表示数值范围为0-255。 但是指数应可正可负,所以IEEE规定,此处算出的次方须减去127才是真正的指数。所以float的指数可从 -126到128.

    底数部分实际是占用24-bit的一个值,由于其最高位始终为 1 ,所以最高位省去不存储,在存储中只有23-bit。

    到目前为止, 底数部分 23位 加上指数部分 8位 使用了31位。那么前面说过,float是占用4个字节即32-bit,那么还有一位是干嘛用的呢?  还有一位,其实就是4字节中的最高位,用来指示浮点数的正负,当最高位是1时,为负数,最高位是0时,为正数。

       浮点数据就是按下表的格式存储在4个字节中:

     

    Address+0

    Address+1

    Address+2

    Address+3

    Contents

    SEEE EEEE

    EMMM MMMM

    MMMM MMMM

    MMMM MMMM

         S: 表示浮点数正负,1为负数,0为正数

         E: 指数加上127后的值的二进制数

         M: 24-bit的底数(只存储23-bit)

    注意:这里有个特例,浮点数 为0时,指数和底数都为0,但此前的公式不成立。因为2的0次方为1,所以,0是个特例。当然,这个特例也不用认为去干扰,编译器会自动去识别。

         通过上面的格式,我们下面举例看下-12.5在计算机中存储的具体数据:

     

    Address+0

    Address+1

    Address+2

    Address+3

    Contents

    0xC1

    0x48

    0x00

    0x00

        接下来我们验证下上面的数据表示的到底是不是-12.5,从而也看下它的转换过程。

    由于浮点数不是以直接格式存储,他有几部分组成,所以要转换浮点数,首先要把各部分的值分离出来。

     

    Address+0

    Address+1

    Address+2

    Address+3

    格式

    SEEEEEEE

    EMMMMMMM

    MMMMMMMM

    MMMMMMMM

    二进制

    11000001

    01001000

    00000000

    00000000

    16进制

    C1

    48

    00

    00

          可见:

          S: 为1,是个负数。

          E:为 10000010  转为10进制为130,130-127=3,即实际指数部分为3.

          M:为 10010000000000000000000。这里,在底数左边省略存储了一个1,使用 实际底数表示为 1.10010000000000000000000

          到此,我们吧三个部分的值都拎出来了,现在,我们通过指数部分E的值来调整底数部分M的值。调整方法为:如果指数E为负数,底数的小数点向左移,如果指数E为正数,底数的小数点向右移。小数点移动的位数由指数E的绝对值决定。

         这里,E为正3,使用向右移3为即得:

         1100.10000000000000000000

    至次,这个结果就是12.5的二进制浮点数,将他换算成10进制数就看到12.5了,如何转换,看下面:

     小数点左边的1100 表示为 (1 × 23) + (1 × 22) + (0 × 21) + (0 × 20), 其结果为 12

     小数点右边的 .100… 表示为 (1 × 2-1) + (0 × 2-2) + (0 × 2-3) + ... ,其结果为.5

    以上二值的和为12.5, 由于S 为1,使用为负数,即-12.5

    所以,16进制 0XC1480000 是浮点数 -12.5

    上面是如何将计算机存储中的二进制数如何转换成实际浮点数,下面看下如何将一浮点数装换成计算机存储格式中的二进制数。

    举例将17.625换算成 float型。

    首先,将17.625换算成二进制位:10001.101  ( 0.625 = 0.5+0.125, 0.5即 1/2, 0.125即 1/8 如果不会将小数部分转换成二进制,请参考其他书籍。) 再将 10001.101 向右移,直到小数点前只剩一位 成了 1.0001101 x 2的4次方(因为右移了4位)。此时 我们的底数M和指数E就出来了:

    底数部分M,因为小数点前必为1,所以IEEE规定只记录小数点后的就好,所以此处底数为  0001101

    指数部分E,实际为4,但须加上127,固为131,即二进制数 10000011

    符号部分S,由于是正数,所以S为0.

    综上所述,17.625的 float 存储格式就是:

    0 10000011 00011010000000000000000

    转换成16进制:0x41 8D 00 00

    所以,一看,还是占用了4个字节。

    下面是测试代码:

    void binary_print(char c)
    {
      for(int i = 0; i < 8; ++i)
      {
       if((c << i) & 0x80)
       cout << '1';
       else
       cout << '0';
      }
      cout << ' ';
    }

    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
       float a;
       char c_save[4];
       char i;
       void *f;
       f = &a;
       cout<<"请输入一个浮点数:";
       cin>>a;
       cout<<endl;
       for(i=0;i<4;i++)
       {
        c_save[i] =  *((char*)f+i);
       }
       cout<<"此浮点数在计算机内存中储存格式如下:"<<endl;
       for(i=4;i!=0;i--)
        binary_print(c_save[i-1]);
       cout<<endl;
    }

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