浮點型變數在計算機記憶體中占用4位元組(byte),即32-bit。遵循ieee-754格式標準。
乙個浮點數由2部分組成:底數m 和 指數e。
±mantissa × 2exponent
(注意,公式中的mantissa 和 exponent使用二進位制表示)
底數部分 使用2進製數來表示此浮點數的實際值。
指數部分 占用8-bit的二進位制數,可表示數值範圍為0-255。 但是指數應可正可負,所以ieee規定,此處算出的次方須減去127才是真正的指數。所以float的指數可從 -126到128.
底數部分實際是占用24-bit的乙個值,由於其最高位始終為 1 ,所以最高位省去不儲存,在儲存中只有23-bit。
到目前為止, 底數部分 23位 加上指數部分 8位 使用了31位。那麼前面說過,float是占用4個位元組即32-bit,那麼還有一位是幹嘛用的呢? 還有一位,其實就是4位元組中的最高位,用來指示浮點數的正負,當最高位是1時,為負數,最高位是0時,為正數。
浮點資料就是按下錶的格式儲存在4個位元組中:
address+0 address+1 address+2 address+3
contents seee eeee emmm mmmm mmmm mmmm mmmm mmmm
s: 表示浮點數正負,1為負數,0為正數
e: 指數加上127後的值的二進位制數
m: 24-bit的底數(只儲存23-bit)
主意:這裡有個特例,浮點數 為0時,指數和底數都為0,但此前的公式不成立。因為2的0次方為1,所以,0是個特例。當然,這個特例也不用認為去干擾,編譯器會自動去識別。
通過上面的格式,我們下面舉例看下-12.5在計算機中儲存的具體資料:
address+0 address+1 address+2 address+3
contents 0xc1 0x48 0x00 0x00
接下來我們驗證下上面的資料表示的到底是不是-12.5,從而也看下它的轉換過程。
由於浮點數不是以直接格式儲存,他有幾部分組成,所以要轉換浮點數,首先要把各部分的值分離出來。
address+0 address+1 address+2 address+3
格式 seeeeeee emmmmmmm mmmmmmmm mmmmmmmm
二進位制 11000001 01001000 00000000 00000000
16進製制 c1 48 00 00
可見:s: 為1,是個負數。
e:為 10000010 轉為10進製為130,130-127=3,即實際指數部分為3.
m:為 10010000000000000000000。 這裡,在底數左邊省略儲存了乙個1,使用 實際底數表示為 1.10010000000000000000000
到此,我們吧三個部分的值都拎出來了,現在,我們通過指數部分e的值來調整底數部分m的值。調整方法為:如果指數e為負數,底數的小數點向左移,如果指數e為正數,底數的小數點向右移。小數點移動的位數由指數e的絕對值決定。
這裡,e為正3,使用向右移3為即得:
1100.10000000000000000000
至次,這個結果就是12.5的二進位制浮點數,將他換算成10進製數就看到12.5了,如何轉換,看下面:
小數點左邊的1100 表示為 (1 × 23) + (1 × 22) + (0 × 21) + (0 × 20), 其結果為 12 。
小數點右邊的 .100… 表示為 (1 × 2-1) + (0 × 2-2) + (0 × 2-3) + ... ,其結果為.5 。
以上二值的和為12.5, 由於s 為1,使用為負數,即-12.5 。
所以,16進製制 0xc1480000 是浮點數 -12.5 。
上面是如何將計算機儲存中的二進位制數如何轉換成實際浮點數,下面看下如何將一浮點數裝換成計算機儲存格式中的二進位制數。
舉例將17.625換算成 float型。
17.625換成二進位制數,整數部分:
17/2 =8 餘1 取1
8/2=4 餘0 取0
4/2 =2 餘0 取0
2/2=1 餘0 取0
1/2=0 餘1 取1
固整數部分為從上往下10001
小數部分:
0.625x2=1.25 取1
0.25x2=0.5 取0
0.5x 2=1.0 取 1
固小數部分,從下往上101
17.625換算成二進位制位:10001.101 ( 0.625 = 0.5+0.125, 0.5即 1/2, 0.125即 1/8 如果不會將小數部分轉換成二進位制,請參考其他書籍。) 再將 10001.101 向右移,直到小數點前只剩一位 成了 1.0001101 x 2的4次方(因為右移了4位)。此時 我們的底數m和指數e就出來了:
底數部分m,因為小數點前必為1,所以ieee規定只記錄小數點後的就好,所以此處底數為 0001101 。
指數部分e,實際為4,但須加上127,固為131,即二進位制數 10000011
符號部分s,由於是正數,所以s為0.
綜上所述,17.625的 float 儲存格式就是:
0 10000011 00011010000000000000000
轉換成16進製制:0x41 8d 00 00
所以,一看,還是占用了4個位元組。
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