[爱分享]float数据在内存中的存储方式

80 阅读 0 评论 53 点赞

我是靠谱客的博主傲娇大侠，最近开发中收集的这篇文章主要介绍[爱分享]float数据在内存中的存储方式，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

1.先说一下表示的范围
首先float的表示范围是3.4E-38 ——3.4E+38，可提供7位有效数字。
在IEEE754标准中进行了单精度浮点数(float)和双精度数浮点数(double)的定义。
float有32bit，double有64bit。
它们的构成包括符号位、指数位和尾数位。
这些位的构成如下：
种类-------符号位-------------指数位----------------尾数位----
float—第31位(占1bit)—第30-23位(占8bit)----第22-0位(占23bit)
double–第63位(占1bit)—第62-52位(占11bit)—第51-0位(占52bit)
取值范围主要看指数部分：
float的指数部分有8bit(2^8)，由于是有符号型，所以得到对应的指数范围-128~128。
double的指数部分有11bit(2^11)，由于是有符号型，所以得到对应的指数范围-1024~1024。
由于float的指数部分对应的指数范围为-128~128，所以取值范围为：
-2^128到2128，约等于-3.4E38 — +3.4E38
精度(有效数字)主要看尾数位：
float的尾数位是23bit，对应7~8位十进制数，所以有效数字有的编译器是7位，也有的是8位
2.说明一下怎么将float类型与二进制之间相互转换
上面简单的解释了一下float的表示范围。下面我着重解释一下：
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。如下格式：
种类-------符号位-------------指数位----------------尾数位----
float—第31位(占1bit)—第30-23位(占8bit)----第22-0位(占23bit)
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）
主意：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：
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。
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 。

3.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。