float（单精度）在内存中的存储格式

1万 · 2016-11-22 23:07

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。

1万 · 2016-11-22 23:07

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：
   Address+0    Address+1    Address+2    Address+3
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。
   Address+0    Address+1    Address+2    Address+3
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 × 2× 2× 2) + (1 × 2× 2) + (0 × 2) + (0 × 2), 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 。

1万 · 2016-11-22 23:10

上面是如何将计算机存储中的二进制数如何转换成实际浮点数，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

只看该作者 · 2016-11-23 10:54

这个浮点数在RAM中占据的非常大的空间吧

1万 · 2016-11-23 17:09

Rooney30 发表于 2016-11-23 10:54
这个浮点数在RAM中占据的非常大的空间吧

是的，是整形的四倍吧。

1万 · 2016-11-23 20:23

不同的类型存储格式不同，好多单片机没有复杂的浮点运算单元的，就是有那也是不够给力，所以能避免使用就避免。

只看该作者 · 2016-11-24 18:54

那得看浮点数在CPU中定义成多少位的

1万 · 2016-11-25 19:52

数据结构需要这些知识。

1万 · 2016-11-27 16:33

莫非双精度就是乘以2了？

只看该作者 · 2016-11-27 19:00

如果不用到位的数据操作根本不用考虑这些细节，只在PIN操作时候才能用到位。。