概述

浮点数内存存储方式跟整数是不一致的。具体如下:

浮点数表示形式

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

^S*M*2^E^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。

举例来说:

(1)十进制的5.0,写成二进制是101.0,用科学计数法就是:1.01*2^2(类比于十进制的科学计数法:20000=2*10^4);

由于5.0是正数,所以S=0,根据上面,M=1.01,E=2。

所以,写成浮点数就是:^0 * 1.01 * 2^2

(2)十进制的0.5,写成二进制为1 x 2^-1,所以写成浮点数就是^0 * 1.0 * 2^-1

浮点数存储模型

对于32位的浮点数,最高的1位是符号位s,接着的8位是指数E,剩下的23位为有效数字M。

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对于64位的浮点数,最高的1位是符号位s,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M。

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指数 E

至于指数E,情况就比较复杂。

首先,E为一个无符号整型(unsingde int)

这意味着,如果 E 为 8 位,它的取值范围为0~255;如果E是11位,它的取值范围为 0~2047。但是我们知道,科学计数法中的E是可以出现负数的,所以IEEE754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1位的E,这个中间数是1023

比如:2^10的E是10,所以保存成32位浮点数时,必须保存成 10+127=137,即化为二进制为10001001

对于指数E从内存中取出还可以再分成三种情况:

(1) E不全为0或不全为1

这时,浮点数就采用下面的规则表示,即指数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。

比如:

0.5(1/2)的二进制形式为0.1,由于规定正数部分必须为1,即小数点右移1位,则为1.0 * 2^(-1),其阶码为-1+127=126,表示为01111110而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位00000000000000000000000,则其二进制表示形式为:

0 01111110 00000000000000000000000

(2)E全为0

这时,浮点数的指数E等于1-127(或者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.xxxxx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

这时,如果有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位S);

小数转为二进制的方法

让小数部分每次乘以2(表示做了一次右移操作),每次乘完的结果的整数部分为0或者1,表示为二进制的值,一直乘到小数变成整数,或者出现循环。取所有的整数部分依次拼接即为二进制数,通过移动次数可以表示为二进制数 x 2^(-移动次数)

(1)例:小数 0.5 转换为二进制

0.5 x 2 = 1.0(表示二进制数右移一次,最后要移回来)

二进制结果为:1 x 2^(-1)

(2)例:小数 0.125 转换为二进制

0.125 x 2 = 0.25

0.25 x 2 = 0.5

0.5 x 2 = 1.0

二进制结果为:001 x 2^(-3)

(3)例:小数0.8转换为二进制

0.8 x 2 = 1.6

0.6 x 2 = 1.2

0.2 x 2 = 0.4

0.4 x 2 = 0.8(出现循环,可以停止,或者循环下去)

二进制结果为:1100 x 2(-4) 或者 1100.1100 1100 1100... x 2(-4)(结果可以根据精度保留有效数字)

最后修改日期: 28 2 月, 2025

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