C语言和 C#语言中,对于浮点型的数据采用单精度类型(float)双精度类型(double)来存储:

float 数据占用 32bit

double 数据占用 64bit


我们在声明一个变量 float f = 2.25f 的时候,是如何分配内存的呢?

其实不论是 float 类型还是 double 类型,在存储方式上都是遵从IEEE的规范:

float 遵从的是 IEEE R32.24

double 遵从的是 IEEE R64.53

 

单精度双精度在存储中,都分为三个部分:

符号位 (Sign)0代表正数,1代表为负数;

指数位 (Exponent):用于存储科学计数法中的指数数据;

尾数部分 (Mantissa):采用移位存储尾数部分;

 

单精度 float 的存储方式如下:

浮点数在计算机中的存储方式

 

双精度 double 的存储方式如下:

浮点数在计算机中的存储方式

 

R32.24 R64.53 的存储方式都是用科学计数法来存储数据的,比如:

8.25  用十进制表示为:8.25 * 100

120.5 用十进制表示为:1.205 * 102

 

而计算机根本不认识十进制的数据,他只认识01。所以在计算机存储中,首先要将上面的数更改为二进制的科学计数法表示:

8.25   用二进制表示为:1000.01

120.5 用二进制表示为:1110110.1

  

而用二进制的科学计数法表示 1000.1,可以表示为1.0001 * 23

而用二进制的科学计数法表示 1110110.1,可以表示为1.1101101 * 26


任何一个数的科学计数法表示都为1. xxx * 2n ,尾数部分就可以表示为xxxx由于第一位都是1嘛,干嘛还要表示呀?所以将小数点前面的1省略。

由此,23bit的尾数部分,可以表示的精度却变成了24bit,道理就是在这里。

 

24bit 能精确到小数点后几位呢?我们知道9的二进制表示为1001,所以 4bit 能精确十进制中的1位小数点,24bit就能使 float 精确到小数点后6位;

 

而对于指数部分,因为指数可正可负(1),所以8位的指数位能表示的指数范围就只能用7位,范围是:-127128。所以指数部分的存储采用移位存储,存储的数据为元数据 +127

注意:

元数据+127大概是指“指数”从00000000开始(表示-127)至11111111(表示+128

                     所以,10000000表示指数1 (127 + 1 = 128 --> 10000000 )

 指数为 3,则为 127 + 3 = 130,表示为 01111111 + 11 = 10000010


下面就看看 8.25 120.5 在内存中真正的存储方式:

8.25 用二进制表示为:1000.01

8.25 用二进制的科学计数法表示为: 1.00001* 23 ,按照上面的存储方式:

    符号位为:0,表示为正;

    指数位为:3+127=130,即 10000011

    尾数部分为:00001

8.25的存储方式如下图所示:

浮点数在计算机中的存储方式

 

而单精度浮点数120.5的存储方式如下图所示:

浮点数在计算机中的存储方式

 

那么如果给出内存中一段数据,并且告诉你是单精度存储的话,你将如何知道该数据的十进制数值呢?

其实就是对上面运算的反推过程,比如给出如下内存数据:01000010111011010000000000000000

首先我们现将该数据分段:0  10000101  11011010000000000000000,在内存中的存储就为下图所示:

浮点数在计算机中的存储方式

根据我们的计算方式,可以计算出这样一组数据表示为:

1101101*10(133-127=6) =1.1101101 * 26 = 1110110.1=120.5

 

而双精度浮点数的存储和单精度的存储大同小异,不同的是指数部分和尾数部分的位数。所以这里不再详细的介绍双精度的存储方式了,只将120.5的最后存储方式图给出:

浮点数在计算机中的存储方式

 

下面就这个知识点来解决一个疑惑,请看下面一段程序,注意观察输出结果:

    class 浮点数
    {
        
static void Main(string[] args)
        {
            
float f = 2.2f;
            
double d = (double)f;
            Console.WriteLine(d.ToString(
"0.0000000000000"));
            
//结果:"2.2000000476837"

            f 
= 2.25f;
            d 
= (double)f;
            Console.WriteLine(d.ToString(
"0.0000000000000"));
            
//结果:"2.2500000000000"

            
//2.25 - 2.2 = 0.05 ( 但实际结果不是0.05 )
            float f2 = 2.25f - 2.2f;
            Console.WriteLine(f2.ToString(
"0.0000000000000"));
            
//结果:"0.0499999500000"
        }
    }

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