float數據在內存中的存儲方法


浮點型變量在計算機內存中占用4字節(Byte),即32-bit。遵循IEEE-754格式標准。
一個浮點數由2部分組成:底數m 和 指數e。
                          ±mantissa × 2exponent
(注意,公式中的mantissa 和 exponent使用二進制表示)
底數部分 使用2進制數來表示此浮點數的實際值。
指數部分 占用8-bit的二進制數,可表示數值范圍為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的一個值,由於其最高位是e位 ,所以最高位省去不存儲,在存儲中只有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。那么前面說過,float是占用4個字節即32-bit,那么還有一位是干嘛用的呢?   還有一位,其實就是4字節中的最高位,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。
   浮點數據就是按下表的格式存儲在4個字節中:
                    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后的值的二進制數
      M: 24-bit的底數(只存儲23-bit)
主意:這里有個特例,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,這個特例也不用人為去解決,編譯器會自動去識別。


      通過上面的格式,我們下面舉例看下4.5在計算機中存儲的具體數據:
                    Address+0                 Address+1               Address+2            Address+3
Contents        0x40                         0x90                           0x00                      0x00     接下來我們驗證下上面的數據表示的到底是不是4.5,從而也看下它的轉換過程。
由於浮點數不是以直接格式存儲,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
二進制     01000000         10010000               00000000                00000000
16進制     40                         90                            00                            00
       可見:
       S: 為0,是個正數。
       E:為 10000001   轉為10進制為129,129-127=2,即實際指數部分為2。
       M:為 00100000000000000000000。 這里,在底數左邊省略存儲了一個1,使用 實際底數表示為 1.00100000000000000000000
       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。
      這里,E為正2,使用向右移2為即得:
      100.100000000000000000000
至次,這個結果就是4.5的二進制浮點數,將他換算成10進制數就看到4.5了,如何轉換,看下面:
小數點左邊的100 表示為 (1 × 22) + (0 × 21) + (0 × 20), 其結果為 4。
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4.5, 由於S 為0,使用為正數,即4.5 。
所以,16進制 0x40900000 是浮點數 4.5 。

上面是如何將計算機存儲中的二進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存儲格式中的二進制數。
舉例將17.625換算成 float型。
首先,將17.625換算成二進制位: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規定只記錄小數點后的就好,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 存儲格式就是:
0 10000011 00011010000000000000000
轉換成16進制:0x41 8D 00 00
所以,一看,還是占用了4個字節。


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