前言

深刻了解浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式，是在修煉內(nèi)功，讓后續(xù)的學(xué)習(xí)更深刻，更容易發(fā)現(xiàn)編程過(guò)程中的問(wèn)題并解決問(wèn)題，繼續(xù)帶鐵汁們學(xué)一波干貨~沖！

一、思考一下

咱們先上一盤(pán)開(kāi)胃菜，試試看叭

#include<stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;	 
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
	
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);	
	return 0;
}

路飛：請(qǐng)問(wèn)打印出來(lái)都是什么結(jié)果呢？貝吉塔：簡(jiǎn)單，喏

路飛：哈哈~雖然很符合直觀想法，但是錯(cuò)啦錯(cuò)啦，喏

貝吉塔：蛤？？！這么奇怪的結(jié)果

二、浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)規(guī)則

既然上述結(jié)果跟我們所理解的整型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的結(jié)果不同，這就說(shuō)明浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式是不一樣滴~

2.1 浮點(diǎn)數(shù)表示方法的規(guī)定

詳細(xì)解讀：

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE（電氣和電子工程協(xié)會(huì)）754，任意一個(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)V可以表示成下面的形式：

• (-1)^S * M * 2^E
• (-1)^S表示符號(hào)位。當(dāng)S=0，V為正數(shù)；當(dāng)S=1，V為負(fù)數(shù)
• M表示有效數(shù)字，大于等于1，小于2
• 2^E表示指數(shù)位

舉例來(lái)說(shuō)：

十進(jìn)制的5.5，寫(xiě)成二進(jìn)制是101.1，相當(dāng)于(1)^0 * 1.011 * 2^2，此時(shí)

此時(shí)會(huì)有鐵汁有疑問(wèn)，為什么5.5的二進(jìn)制是101.1？？不應(yīng)該是101.101嗎？

我們看看下圖，假如是101.101，那么轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是5.625，因?yàn)槎M(jìn)制每一位的權(quán)重都不同，不能想當(dāng)然

假如說(shuō)給的十進(jìn)制是5.3，那么這個(gè)0.3是不能精確表示的，所以說(shuō)浮點(diǎn)數(shù)容易丟失精度

2.2 浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)

2.2.1 IEEE 754規(guī)定

對(duì)于32位的浮點(diǎn)數(shù)（float），最高的1位是符號(hào)位S，接著的8位是指數(shù)E，剩下的23位是有效數(shù)字M

對(duì)于64位的浮點(diǎn)數(shù)（double），最高的1位是符號(hào)位S，接著的11位是指數(shù)E，剩下的52位是有效數(shù)字M

2.2.2 IEEE 754對(duì)有效數(shù)字M，還有一些特別規(guī)定

前面說(shuō)過(guò)，1≤M<2，也就是說(shuō)，M可以攜程1.xxxxxx的形式。其中xxxxxx表示小數(shù)部分

IEEE 754規(guī)定，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部保存M時(shí),默認(rèn)這個(gè)數(shù)的第一位總是1,因此可以被舍去,只保存后面的xxxxxx。比如保存1.01時(shí)，只保存01，等到讀取的時(shí)候再放回去，這樣做的目的是節(jié)省空間

2.2.3 IEEE 754對(duì)指數(shù)E，還有一些特別規(guī)定

1. 首先，E為一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)（unsigned int），這意味著，如果E為8位，它的取值范圍為0-255；如果E為11位，它的取值范圍為0-2047。
2. 但是我們知道，科學(xué)計(jì)數(shù)法中的E是可以出現(xiàn)負(fù)數(shù)的，所以IEEE 754規(guī)定，存入內(nèi)存時(shí)E的真實(shí)值必須再加上一個(gè)中間數(shù)
3. 對(duì)于8位的E，中間數(shù)取127；對(duì)于11位的E，中間數(shù)取1023。
4. 比如2^10的E是10，所以保存成32位浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，必須保存成10+127=137，即為10001001

2.2.4 實(shí)操一下看看是怎樣存儲(chǔ)的

int main()
{
	float f = 5.5f;
	//(-1)^0 * 1.011 * 2^2
	//S = 0
	//M = 1.011
	//E = 2
	//這樣存： 0 10000001 01100000000000000000000
	//也就是： 0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000
	//十六進(jìn)制表示： 40 b0 00 00
	return 0;
}

5.5按float存儲(chǔ)，如圖所示

轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制就是40 b0 00 00，咱們調(diào)試看看叭~因?yàn)閂S是小端字節(jié)序存儲(chǔ),所以地址由低到高看到的是00 00 b0 40

2.3 浮點(diǎn)數(shù)從內(nèi)存中取出

2.3.1指數(shù)E從內(nèi)存中取出分三種情況

S和M的取出很簡(jiǎn)單，原樣返回，但是E我就得仔細(xì)談?wù)劻?/p>

• E不全為0或不全為1：

這時(shí)，把E減去之前加上去的127（或1023），得到真實(shí)值，再講有效數(shù)字M前加上第一位的1，這種情況最簡(jiǎn)單，逆著來(lái)就是了

• E為全0：

這時(shí)真實(shí)的E為-127（或-1023），太小了，所以規(guī)定浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)E等于1-127（或1-1023）即為真實(shí)值，有效數(shù)字M不再加上第一位的1，而是還原為0.xxxxxx的小數(shù)。這樣做是為了表示±0，以及接近于0的很小的數(shù)字（這是規(guī)定，大家不要糾結(jié)）

• E為全1：

這時(shí)真實(shí)的E為128，太大了，如果有效數(shù)字M全為0,表示±無(wú)窮大(正負(fù)取決于符號(hào)位S)

2.3.2 實(shí)操一下看看是怎樣取出的

我們回到最開(kāi)始的代碼，看看能不能解決啦

#include<stdio.h>
int main()
{
	int n = 9;	 
	float* pFloat = (float*)&n;
	printf("n的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);
	
	*pFloat = 9.0;
	printf("num的值為：%d\n", n);
	printf("*pFloat的值為：%f\n", *pFloat);	
	return 0;
}

答案：

• 先分析前兩個(gè)輸出：

首先，9是int類(lèi)型的，存儲(chǔ)按整型存儲(chǔ)規(guī)則，就是在內(nèi)存中都是以補(bǔ)碼形式存放的，而正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼都一樣

2.第一個(gè)輸出是以%d（十進(jìn)制整型）輸出，所以輸出結(jié)果確實(shí)是9

3. 第二個(gè)輸出，pFloat指針認(rèn)為數(shù)據(jù)是以單精度浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型存儲(chǔ)的，所以解應(yīng)用的時(shí)候也是這么做的。此時(shí)pFloat發(fā)現(xiàn)E全為0，按照上述規(guī)則，9取出來(lái)就變成0.000000000000000000001001 * 2^-126，即使不管后面的指數(shù)！有效數(shù)字都已經(jīng)非常小了！所以打印出來(lái)小數(shù)點(diǎn)后6位看到的是0.000000

然后，分析后兩個(gè)輸出：

首先，9.0是float類(lèi)型的，存儲(chǔ)按浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)規(guī)則，即為
(-1)^0 * 1.001 * 2^3

存到內(nèi)存里就是：

于是第三個(gè)輸出，%d把它當(dāng)整型輸出，那么在整型眼里，直接把這32位直接轉(zhuǎn)成十進(jìn)制輸出了，就造成了輸出結(jié)果為1091567616

而第四個(gè)輸出就是按float類(lèi)型輸出的，所以結(jié)果就是9.000000

三、總結(jié)

• 內(nèi)存可以認(rèn)為都是一堆同樣的小格子
• 但是整型和浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式是不一樣的，哪怕都是一樣的內(nèi)存格子，卻有各自的規(guī)則限制著（看起來(lái)都是放格子里沒(méi)有差別）
• 所以輸出的時(shí)候，也有取出的規(guī)則，不然都一樣了

到此這篇關(guān)于C語(yǔ)言浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語(yǔ)言浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)在內(nèi)存的存儲(chǔ)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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