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浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)方式是怎樣的

更新時(shí)間：2016年06月16日 10:30:48 作者：Robin

這篇文章介紹了浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中是如何存儲(chǔ)的，講解的比較詳細(xì)，有需要的朋友可以參考一下。

　　C語言和C#語言中，對于浮點(diǎn)類型的數(shù)據(jù)采用單精度類型（float）和雙精度類型(double)來存儲(chǔ)，float數(shù)據(jù)占用32bit,double數(shù)據(jù)占用64bit,我們在聲明一個(gè)變量float f= 2.25f的時(shí)候，是如何分配內(nèi)存的呢？如果胡亂分配，那世界豈不是亂套了么，其實(shí)不論是float還是double在存儲(chǔ)方式上都是遵從IEEE的規(guī)范的，float遵從的是IEEE R32.24 ,而double 遵從的是R64.53。

　　無論是單精度還是雙精度在存儲(chǔ)中都分為三個(gè)部分：

　　1.符號位(Sign) : 0代表正，1代表為負(fù)
　　2.指數(shù)位（Exponent）:用于存儲(chǔ)科學(xué)計(jì)數(shù)法中的指數(shù)數(shù)據(jù)，并且采用移位存儲(chǔ)
　　3.尾數(shù)部分（Mantissa）：尾數(shù)部分

其中float的存儲(chǔ)方式如下圖所示：

而雙精度的存儲(chǔ)方式為:

　　R32.24和R64.53的存儲(chǔ)方式都是用科學(xué)計(jì)數(shù)法來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，比如8.25用十進(jìn)制的科學(xué)計(jì)數(shù)法表示就為:8.25*,而120.5可以表示為:1.205*,這些小學(xué)的知識就不用多說了吧。而我們傻蛋計(jì)算機(jī)根本不認(rèn)識十進(jìn)制的數(shù)據(jù)，他只認(rèn)識0，1，所以在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)中，首先要將上面的數(shù)更改為二進(jìn)制的科學(xué)計(jì)數(shù)法表示，8.25用二進(jìn)制表示可表示為1000.01,我靠，不會(huì)連這都不會(huì)轉(zhuǎn)換吧?那我估計(jì)要沒轍了。120.5用二進(jìn)制表示為：1110110.1用二進(jìn)制的科學(xué)計(jì)數(shù)法表示1000.01可以表示為1.0001*,1110110.1可以表示為1.1101101*,任何一個(gè)數(shù)都的科學(xué)計(jì)數(shù)法表示都為1.xxx*,尾數(shù)部分就可以表示為xxxx,第一位都是1嘛，干嘛還要表示呀？可以將小數(shù)點(diǎn)前面的1省略，所以23bit的尾數(shù)部分，可以表示的精度卻變成了24bit，道理就是在這里，那24bit能精確到小數(shù)點(diǎn)后幾位呢，我們知道9的二進(jìn)制表示為1001，所以4bit能精確十進(jìn)制中的1位小數(shù)點(diǎn)，24bit就能使float能精確到小數(shù)點(diǎn)后6位，而對于指數(shù)部分，因?yàn)橹笖?shù)可正可負(fù)，8位的指數(shù)位能表示的指數(shù)范圍就應(yīng)該為:-127-128了，所以指數(shù)部分的存儲(chǔ)采用移位存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為元數(shù)據(jù)+127，下面就看看8.25和120.5在內(nèi)存中真正的存儲(chǔ)方式。

　　首先看下8.25，用二進(jìn)制的科學(xué)計(jì)數(shù)法表示為:1.0001*

按照上面的存儲(chǔ)方式，符號位為:0，表示為正，指數(shù)位為:3+127=130 ,位數(shù)部分為,故8.25的存儲(chǔ)方式如下圖所示:

而單精度浮點(diǎn)數(shù)120.5的存儲(chǔ)方式如下圖所示:

那么如果給出內(nèi)存中一段數(shù)據(jù)，并且告訴你是單精度存儲(chǔ)的話，你如何知道該數(shù)據(jù)的十進(jìn)制數(shù)值呢？其實(shí)就是對上面的反推過程，比如給出如下內(nèi)存數(shù)據(jù)：0100001011101101000000000000，首先我們現(xiàn)將該數(shù)據(jù)分段，0 10000 0101 110 1101 0000 0000 0000 0000，在內(nèi)存中的存儲(chǔ)就為下圖所示：

根據(jù)我們的計(jì)算方式，可以計(jì)算出，這樣一組數(shù)據(jù)表示為:1.1101101*=120.5

而雙精度浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)和單精度的存儲(chǔ)大同小異，不同的是指數(shù)部分和尾數(shù)部分的位數(shù)。所以這里不再詳細(xì)的介紹雙精度的存儲(chǔ)方式了，只將120.5的最后存儲(chǔ)方式圖給出，大家可以仔細(xì)想想為何是這樣子的

下面我就這個(gè)基礎(chǔ)知識點(diǎn)來解決一個(gè)我們的一個(gè)疑惑，請看下面一段程序，注意觀察輸出結(jié)果

復(fù)制代碼代碼如下:

float f = 2.2f;

double d = (double)f;

Console.WriteLine(d.ToString("0.0000000000000"));

f = 2.25f;

d = (double)f;

Console.WriteLine(d.ToString("0.0000000000000"));

　　可能輸出的結(jié)果讓大家疑惑不解，單精度的2.2轉(zhuǎn)換為雙精度后，精確到小數(shù)點(diǎn)后13位后變?yōu)榱?.2000000476837，而單精度的2.25轉(zhuǎn)換為雙精度后，變?yōu)榱?.2500000000000，為何2.2在轉(zhuǎn)換后的數(shù)值更改了而2.25卻沒有更改呢？很奇怪吧？其實(shí)通過上面關(guān)于兩種存儲(chǔ)結(jié)果的介紹，我們已經(jīng)大概能找到答案。首先我們看看2.25的單精度存儲(chǔ)方式，很簡單 0 1000 0001 001 0000 0000 0000 0000 0000,而2.25的雙精度表示為:0 100 0000 0001 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000,這樣2.25在進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的時(shí)候，數(shù)值是不會(huì)變的，而我們再看看2.2呢，2.2用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示應(yīng)該為：將十進(jìn)制的小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的小數(shù)的方法為將小數(shù)*2，取整數(shù)部分，所以0.282=0.4，所以二進(jìn)制小數(shù)第一位為0.4的整數(shù)部分0，0.4×2=0.8，第二位為0,0.8*2=1.6,第三位為1，0.6×2 = 1.2，第四位為1，0.2*2=0.4，第五位為0，這樣永遠(yuǎn)也不可能乘到=1.0，得到的二進(jìn)制是一個(gè)無限循環(huán)的排列 00110011001100110011... ,對于單精度數(shù)據(jù)來說，尾數(shù)只能表示24bit的精度，所以2.2的float存儲(chǔ)為:

　　但是這樣存儲(chǔ)方式，換算成十進(jìn)制的值，卻不會(huì)是2.2的，應(yīng)為十進(jìn)制在轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的時(shí)候可能會(huì)不準(zhǔn)確，如2.2，而double類型的數(shù)據(jù)也存在同樣的問題，所以在浮點(diǎn)數(shù)表示中會(huì)產(chǎn)生些許的誤差，在單精度轉(zhuǎn)換為雙精度的時(shí)候，也會(huì)存在誤差的問題，對于能夠用二進(jìn)制表示的十進(jìn)制數(shù)據(jù)，如2.25，這個(gè)誤差就會(huì)不存在，所以會(huì)出現(xiàn)上面比較奇怪的輸出結(jié)果。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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