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C语言进阶：二.数据的存储（2）

news 2024/11/6 4:25:08

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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");elseprintf("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;elsereturn 0;
}int main()
{int ret = check();if (1 == ret)printf("小端\n");elseprintf("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");elseprintf("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)//-10unsigned int j = 10;printf("%d\n", i + j);//-10return 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，