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单双精度浮点数的IEEE标准格式

关键字:浮点数 IEEE标准

大多数高级语言按照IEEE-754标准来规定浮点数的存储格式。
IEEE-754规定 单精度浮点数用4字节存储,双精度浮点数用8字节存储,表示为三部分:符号位、阶和尾数。

S+E+M
S 符号位,尾数的符号位;
E 阶,即指数;
M 尾数,即有效小数位数;

单精度格式
符号位 1位, bit31
阶     8位,bit30~23
尾数   24位,bit22~0

双精度
符号位 1位,bit63
阶     11位,bit62~52
尾数   53位,bit51~0

省略位
二进制数的规格化表示中,小数点前的数(即二进制表示的最高位)为1,故省略之。
所以 float的M 用23位可以表示24位的值,double的M 用52位可以表示53位的值。

阶码
以移码的形式存储。对于float偏移量为127(7FH),对于double偏移量为1023(3FFH)。
存储浮点数的阶码之前,偏移量要先加到阶码上。原因如下:
float的值的二进制科学计数法表示中 阶的范围 ±127, 当一个数“无限”趋近于0,即为 浮点0.
为了保证 浮点0 与 机器0 的存储表示一样,阶在存储时加上偏移 127

eg
2^3,移码的结果 在单精度中为82H(130=3+127),在双精度中为402H(1026=3+1023)。

浮点数有两个例外
0.0存储为全零;
无限大数的阶码存储为全1,尾数部分全零,符号位指示正无穷或者负无穷。

例子:
float  十进制   规格化(S+E+M)
-12    -1.1x23  1 10000010 1000000  00000000  00000000  
0.25   1.0x2-2  0 01111101 0000000  00000000  00000000 

所有字节在内存中的排列顺序
intel的cpu按little endian顺序
motorola的cpu按big endian顺序排列。



常用的浮点数存储格式:32-bit IEEE-754 floating-point format

对于大小为32-bit的浮点数(32-bit为单精度,64-bit浮点数为双精度,80-bit为扩展精度浮点数), 
1、其第31 bit为符号位,为0则表示正数,反之为复数,其读数值用s表示; 
2、第30~23 bit为幂数,其读数值用e表示; 
3、第22~0 bit共23 bit作为系数,视为二进制纯小数,假定该小数的十进制值为x; 
十进制转浮点数的计算方法:则按照规定,十进制的值用浮点数表示为: 
如果十进制为正,则s = 0,否则s = 1;将十进制数表示成二进制,然后将小数点向左移动,直到这个数变为1.x的形式即尾数,移动的个数即位指数。为了保证指数为正,将移动的个数都加上127,由于尾数的整数位始终为1,故舍去不做记忆。

对3.141592654来说,
1、正数,s = 0;
2、3.141592654的二进制形式为正数部分计算方法是除以二取整,即得11,小数部分的计算方法是乘以二取其整数,得0.0010 0100 0011 1111 0110 1010 1000,那么它的二进制数表示为11.0010 0100 0011 1111 0110 1010 1;
3、将小数点向左移一位,那么它就变为1.1001 0010 0001 1111 1011 0101 01,所以指数为1+127=128,e = 128 = 1000 0000;
4、舍掉尾数的整数部分1,尾数写成0.1001 0010 0001 1111 1011 0101 01,x = 921FB6
5、最后它的浮点是表示为0 1000 0000 1001 0010 0001 1111 1011 0101 = 40490FDA 
浮点数转十进制的计算方法:

则按照规定,浮点数的值用十进制表示为: 
= (-1)^s  * (1 + x) * 2^(e - 127)

对于49E48E68来说, 
1、其第31 bit为0,即s = 0 
2、第30~23 bit依次为100 1001 1,读成十进制就是147,即e = 147。 
3、第22~0 bit依次为110 0100 1000 1110 0110 1000,也就是二进制的纯小数0.110 0100 1000 1110 0110 1000,其十进制形式为(0.110 0100 1000 1110 0110 1000 * 2^23) / (2^23) = (0x49E48E68 & 0x007FFFFF) / (2^23) = (0x648E68) / (2^23) = 0.78559589385986328125,即x = 0.78559589385986328125。

这样,该浮点数的十进制表示 
= (-1)^s  * (1 + x) * 2^(e - 127) 
= (-1)^0  * (1+ 0.78559589385986328125) * 2^(147-127) 
=    1872333

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