C语言进阶:二.数据的存储(2)

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在上一篇文章中C语言进阶:一.数据的存储(1)-CSDN博客,学习了数据类型和整数在内存中是以什么样的形式存储,在这篇博客中,进一步学习关于浮点数的存储。

1.大小端的小练习

1.1百度2015年系统工程师笔试题

请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

//1 小端
//0 大端
int check()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;
	if (*p == 1)
		return 1;
	else 
		return 0;
}

int main()
{
	int ret = check();
	if (1 == ret)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

对代码进行小优化

//简化代码1
int check()
{
	int a = 1;
	if (*(char*)&a== 1)
		return 1;
	else
		return 0;
}


int main()
{
	int ret = check();
	if (1 == ret)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}


//简化代码2
int check()
{
	int a = 1;
	return *(char*)&a;
	
}

int main()
{
	int ret = check();
	if (1 == ret)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

1.2练习题

习题一:最终输出结果为?(代码注释对结果进行了解释)

int main()
{
	char a = -1;//存8bit
	// -1是整数,32bit
	// 10000000 00000000 00000000 00000001
	// 11111111 11111111 11111111 11111110
	// 11111111 11111111 11111111 11111111
	// 发生截断,11111111--->a
	// 11111111 11111111 11111111 11111111(补码) %d--整型提升
	//打印原码
	signed char b = -1;
	//与char一致
	//
	unsigned char c = -1;
	// 10000000 00000000 00000000 00000001
	// 11111111 11111111 11111111 11111110
	// 11111111 11111111 11111111 11111111
	// 11111111
	// 无符号数,整型提升,高位补0
	// 00000000 00000000 00000000 11111111(255)
	printf("a=%d b=%d c=%d", a, b, c);
	//%d打印有符号的整数
	//
	return 0;
}

习题二:最终输出结果为?(代码注释对结果进行了解释)

int main()
{
	char a = -128;
	//10000000 00000000 00000000 10000000(-128原码)
	//11111111 11111111 11111111 01111111
	//11111111 11111111 11111111 10000000(-128补码)
	//10000000截断
	//11111111 11111111 11111111 10000000整型提升
	//%u是无符号数的打印,则整型提升的数就是正整数,直接转化为十进制得出答案
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}

习题三:最终输出结果为?(代码注释对结果进行了解释)

int main()
{
	char a = -128;
	//10000000 00000000 00000000 10000000(-128原码)
	//11111111 11111111 11111111 01111111
	//11111111 11111111 11111111 10000000(-128补码)
	//10000000截断
	//11111111 11111111 11111111 10000000整型提升
	//%u是无符号数的打印,则整型提升的数就是正整数,直接转化为十进制得出答案
	printf("%u\n", a);
	return 0;
}

习题四:最终输出结果为?(代码注释对结果进行了解释)

int main()
{
	int i = -20;
	//10000000 00000000 00000000 00010100(-20原码)
	//11111111 11111111 11111111 11101011 (反码)

	//11111111 11111111 11111111 11101100(-20补码)
	//00000000 00000000 00000000 00001010(10的补码)
	//11111111 11111111 11111111 11110110(结果的补码)
	//-10
	unsigned int j = 10;

	printf("%d\n", i + j);//-10
	return 0;
}

2.浮点型在内存中的存储

2.1 浮点数存储的示例

int main()
{
	int n = 9;
	float* pFloat = (float*)&n;

	printf("n的值为:%d\n", n);//
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);//

	*pFloat = 9.0;
	printf("n的值为:%d\n", n);//
	printf("*pFloat的值为:%f\n", *pFloat);//

	return 0;
}

输出结果是什么呢?

是不是与你所想的结果有所差异呢?下面我们来分析产生这个结果的原理。

2.2 浮点数存储规则

num 和 *pFloat 在内存中明明是同一个数,为什么浮点数和整数的解读结果会差别这么大?

要理解这个结果,一定要搞懂浮点数在计算机内部的表示方法。

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:

(-1)^S * M * 2^E

(-1)^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: 十进制的5.0,写成二进制是 101.0 ,相当于 1.01×2^2 。

那么,按照上面V的格式,可以得出S=0,M=1.01,E=2。 十进制的-5.0,写成二进制是 -101.0 ,相当于 -1.01×2^2 。那么,S=1,M=1.01,E=2。

**IEEE 754规定:**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。

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。

IEEE 754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定。

前面说过, 1≤M,也就是说,M可以写成 1.xxxxxx 的形式,其中xxxxxx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,因此可以被舍去,只保存后面的 xxxxxx部分。比如保存1.01的时 候,只保存01,等到读取的时候,再把第一位的1加上去。这样做的目的,是节省1位有效数字。以32位 浮点数为例,留给M只有23位, 将第一位的1舍去以后,等于可以保存24位有效数字。

至于指数E,情况就比较复杂。

首先,E为一个无符号整数(unsigned int) 这意味着,如果E为8位,它的取值范围为0~255;

如果E为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IEEE 754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11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 10001001。

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,即将小数点右移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1-1023)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.xxxxxx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);

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