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浮点数在内存中的存储形式

时间:2023-08-26 19:00:38浏览次数:46  
标签:存储 符号 有效数字 浮点数 保存 内存 127

      大家都知道浮点数是什么,那他在内存中是怎么存储的呢?根据国际标准IEEE754规定中,任意一个二进制浮点数v可以表示成下面的形式:

  1. (-1)S*M*2E
  2. (-1)^S表示符号位,当S=0,V为正数;当S=1,V为负数。
  3. M表示有效数字,大于等于1,小于2.
  4. 2^E表示指数位。

      那怎么来理解这段话呢,我们举个例子来理解,101.1就是5.5的2进制浮点数,在二进制中小数点后面的1就表示0.5  换算成国际公式就是

    (-1)0*1.011*2^2

  •            S=0;//因为5.5是正数所以S为0
  •            M=1.011;
  •            E=2;//小数点向前移动两位所以指数是2

浮点数在内存中的存储形式_浮点数

     公式理解完了,那他到底是怎么存在内存里的呢?IEEE754规定在32位的浮点数,最高的1位是他的符号位S,接着的8位则是指数位E,剩下的23位是有效数字M的空间。也就是单精度的浮点数。

浮点数在内存中的存储形式_取值范围_02

      对于64位的浮点数,一样最高的一位为符号位S,接着11位为指数E,剩下的52位是有效数字M的空间也就是双精度浮点数。

浮点数在内存中的存储形式_浮点数_03

IEEE 754 对有效数字M和指数E,还有一些特别的规定。

     1<=M<2,也就是说,M可以写成1.xxxxxxx的形式,其中xxxxx表示小数部分。

     IEEE 754规定,在计算机内部保存M时,默认这个数的第一位总是1,因此可以被省去,只保留后面的xxxx部分,比如在保存1.01时,只保存01,等到读取的时候再把第一位的1加上去,这用做的目的是可以节省1位有效数字,以32位浮点数为例,留给M的空间只有23位,现在将1省去,就可以保存24位有效数字了。

    至于指数E,情况就比较复杂。

    首先E是一个无符号的整数,这意味着如果E是8位,它的取值范围就是0255;如果E是11位,他的取值范围就是02047。但是,我们知道,科学计数法中E是可以出现负数的,所以IEEE 754规定,存入内存时E的真实值必须在加上一个中间数,对于8位的E,这个中间数就是127,对于11位的E,就是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10001001.

    E取出时还可以分为三种情况

  1. E不为全0也不为全1 这时只需要把中间值减去127或(1023)得到真实值,在小数点前加个1就行。
  2. E为全0 这时,浮点数的指数E等于1-127(或者1-1023)即为真实值。有效数字M不在加上第一位的1,而是还原成0.xxxxx的小数。这样做是为了表示无线接近于0的很小的数字。
  1. E为全1 这时,有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位S);




标签:存储,符号,有效数字,浮点数,保存,内存,127
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