【C数据存储详解】（2）——深度剖析 浮点型数据 在内存中的存取
【C数据存储详解】（2）——深度剖析 浮点型数据 在内存中的存取
一.问题引出——整数和浮点数的存储方式不同
首先我们一起先来回顾一下常见的浮点数吧！ 常见的浮点数，比如：
3.14159 2.0 1E10（1.0*10^10）
浮点数家族包括：
float、double、long double 类型。
我们知道任何类型的数据都有自己的取值范围：
浮点数表示的范围：float.h 中定义 整型数据的范围在：limits.h 中定义
然后我们一起来看一段代码，引出我们今天要讨论的问题：
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("num的值为：%d\n", n);
printf("*pFloat的值为：%f\n", *pFloat);
return 0;
}大家可以思考一下结果是啥！ 我们先来简单的分析一下：
大家仔细看一看这张图，想一想，然后我们看看运行结果：
看到第一个和第四个就是如我们分析的一样，但是另外两个的结果，为什么是 0.00000 和 1091567616 呢？
二.详解浮点型数据在内存中如何存储与取出
*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？
这就是我们今天要重点讨论的问题：
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。
举个例子： 我们来将十进制的浮点数5.5转换为二进制浮点数。
再尝试一下负数：
好，学会如何表示了，那我们继续往下看：
1.如何存储
IEEE 754规定：
对于32位的浮点数（float,4个字节=32个比特位），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（double，8个字节=64个比特位），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<2 ，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。 这样可以使精度更高！
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。 注意存入时要转换为二进制
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
那好，了解了存储规则之后，我们就举个例子，我们就看看上面的5.5存到内存中是怎样的： 我们已经知道5.5写成上面的形式是这样：
我们就把5.5作为单精度浮点数存储，给大家演示一下：
首先S只占一个比特位，我们直接把S的值放进去就行： 5.5的S位值为0
然后是指数位E：
首先按照标志规定，我们要加上一个中间数，对于8位的E（float），这个中间数是127 E的原值是2，2+127=129；注意E的值我们要转化位二进制再放进去，129转化为二进制即为：10000001
最后是有效数字M：
按照规定，小数点前面的1我们要舍去，只保存后面的011，但是不够23位，怎么办？补0（double也一样）.
所以存入的应该是01100000000000000000000
那结果对不对呢？我们可以验证一下：
我们可以通过编译器来查看，但注意编译器呈现给我们的是16进制，所以我们先把存入的数字转为16进制： 0100 0000 1011 0000 0000 0000 0000 0000 转为16进制是： 40 b0 00 00 但注意我用的编译器vs2022上面是小端存储（上一篇文章，整型数据存储有讲），所以展示处理应该是： 00 00 b0 40 我们看看是不是：
完全一致！！！ 大家也可以自行练习一下，把5.5当作double存储。
2.如何取出
我们已经知道浮点数再内存中怎么存了，现在我们来学习一下它是怎么从内存中取出来的：
首先对于符号位S，就不用多说了，只有一位，存进去是什么，取出来还是什么。
对于有效数字M，我们知道存进去的时候，我们把小数点前面的1舍去了，那我们取出来的时候，自然要把这个1补上了。
那就剩指数E了，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),指数E存进去为-1+127=126，表示为01111110。 那取出的时候就拿126-127得到真实值-1
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
即此时指数很大，所以这时表示±无穷大（正负取决于符号位s）
3.例题讲解
现在我们已经知道浮点数再内存中如何存取了，那就可以解决最开始的那道题了！ 我们再把代码拿过来：
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("num的值为：%d\n",n);
printf("*pFloat的值为：%f\n",*pFloat);
return 0;
第一个和第四个我们都知道怎么回事，那现在我们重点解释一下0.00000 和 1091567616 是怎么得到的：
我们一个个来分析： 先看第一个，还是画图给大家解释：
然后来分析第二个：
那内存中的这串数转化为10进制跟我们运行的结果一样吗？ 我们用计算器看看：
现在我们就明白为什么出现这样的结果了
以上就是对浮点数再内存中存储的一个详细讲解，欢迎大家指正，我们一起进步！！！