浅析 Easy C++,C++ 浮点数类型

开发 后端
浮点数是C++的第二组基本类型,它能够表示带小数部分的数字。不仅如此,浮点数的范围也比int更大,可以表示更大范围的数字。

[[429800]]

浮点数

浮点数是C++的第二组基本类型,它能够表示带小数部分的数字。不仅如此,浮点数的范围也比int更大,可以表示更大范围的数字。

我们都知道在计算机当中,所有数据本质上都是转化成二进制存储的。整数很简单,存储的就是转化成二进制之后的01串,那么浮点数又是如何存储的呢?

很容易猜到的是浮点数存储的结果也是二进制,但相比于整型直接转化成二进制要复杂一些。它需要先表示成下面这行式子:

这里的n即我们要存储的浮点数,s表示符号位,m是尾数,而e则是阶数。

符号位很好理解,它和整型当中的符号位一样,0表示正数,1表示负数。m表示尾数,。我们这么看很抽象,来看一个例子,比如3.0,转化成二进制是,相当于。那么,。

我们了解了浮点数的表示方式,那么它又是如何存储在计算机当中的呢?这需要我们进一步地剖析其中的细节。

关于m

首先是m,m被定义成一个大于等于1,小于2的小数。我们可以简单写成1.xx,其中xx表示的就是小数的部分。

既然它总是大于等于1,小于2的,那么它的个位一定是1,我们就可以将它省略,仅仅看之后小数的部分。小数的部分,我们同样使用二进制来逼近。比如0.625,可以表示成0.5 + 0.125,即,表示成二进制就是,只不过这里它的最高位是从-1开始的。

以32位的浮点数为例,除去1位表示符号,8位表示阶数之后,还有23位留给m。由于我们舍掉了小数点之前的1,所以我们的阶数是从-1开始的,理论上等价于24个二进制位。

关于e

在浮点数存储当中,e是一个无符号整数。以32位浮点数为例,e一共有8位,可以表示0-255。

但e是可以为负数的,根据IEEE 754的规定,e的真实值必须再减去一个中间数。对于8位的e,它的中间数是127。比如e的实际值是10,但是存储的时候需要存储成127+10=137。

除此之外,e还有另外三种情况:

  • e不全为0,或全为1时,采用上述的规则表示
  • e全为0时,e等于1-127,有效数字m不再默认加上1,这样是为了还原0.xxx的小数,以及接近于0的数
  • e全为1时,如果有效数字m全为0,表示无穷大,如果m不全为0,表示nan(not a number)

关于e的规则看起来有些复杂,初看觉得有些难以理解,为什么要用减去中间值的设计,而不用符号位?后来仔细思考了一下才发现,如果引入符号位很难区分0.xxx以及e就是等于0的情况,虽然也可以特判处理,但就没有现在这样优雅了。

觉得上文看不懂的小伙伴可以直接略过这段,毕竟这个是浮点数的实现原理,算是很底层的内容了,C++ primer上对于这部分也没有过多阐述。

浮点数的使用

C++当中有两种浮点数的书写方式,第一种是使用常规的小数点表示法:

  1. double a = 1.23; 
  2. float b = 3.43; 

另外一种写法是科学记数法,写成:

  1. double a = 2.45e8; 
  2. double b = 1e-7; 

2.45e8表示,e之后可以跟正数也可以跟负数,但数字当中不能有空格。

浮点数类型

和C语言一样,C++也有三种浮点数类型:float,double和long double。和整型一样,这三种类型都是浮点数,只不过表示的范围不同。

浮点数的范围有两个部分综合决定,一个部分是有效数字。比如14179是5位有效数字,而14000只有两位,因为后面三个0都是填充位,有效数字的位数不依赖小数点的位置。C++当中要求,float至少表示32位有效数字,double至少48位,而long double至少和double一样。

另外,它们能够表达的指数范围至少是-37到37。一般来说,float一共是4个字节32位,而double是8个字节64位,当然这也取决于具体的运行环境。

注意事项

关于浮点数的使用有几点注意事项,千万要注意。

cout输出浮点数会删除结尾的0

书写浮点数常量时默认为double类型,如果需要强制表示为float类型,请在结尾加上后缀f或者F,如:2.34f

由于浮点数有精度,不能直接判断两个浮点数是否相等,很有可能得不到预期结果,正确的做法是判断精度范围,如:

  1. double epsilon = 1e-8; 
  2. // 判断a是否和b相等 
  3. if (abs(a - b) < epsilon) { 
  4.     // todo 

判断两个浮点数a和b是否相等,等价于两者的差的绝对值小于某一个精度。

范围问题,如运行下列代码将得到错误的结果:

  1. float a = 2.3e22f; 
  2. float b = a + 1.0f; 
  3.  
  4. cout << b - a << endl; 

输出的结果将是0,因为2.3e22是一个小数点左边有23位的数字,加上1之后,就是在第23位加上1。但是float类型只能表示数字中的前6位或者前7位,表示不了这么高的精度,因此这个+1的操作完全没有生效。 

这个问题是一个大坑,一不小心就会中招,千万要小心。

本文转载自微信公众号「Coder梁」,可以通过以下二维码关注。转载本文请联系Coder梁公众号。

 

责任编辑:武晓燕 来源: Coder梁
相关推荐

2010-01-15 15:21:35

C++

2010-01-27 16:05:06

C++堆栈

2010-01-21 09:34:57

C++语法

2010-01-25 10:41:59

C++数据类型

2010-01-20 10:19:55

C++数组

2010-01-27 17:16:52

C++构造函数

2010-01-27 10:53:55

C++数据类型

2010-01-28 13:45:06

C++数组

2010-01-26 14:35:11

C++关键字

2010-01-28 16:31:54

C++类型

2020-09-15 12:57:46

C 语言浮点数内存

2010-01-27 15:46:15

学习C++效率

2010-01-21 16:18:06

C++语言

2010-01-25 14:18:46

C++对象模型

2010-01-21 13:48:30

C++基类

2010-01-14 17:13:53

C++接口

2010-02-06 17:39:52

C++ strtok

2023-07-05 08:00:58

Redis数据库

2010-01-20 09:54:27

C++数据类型

2010-01-26 14:10:22

Visual C++
点赞
收藏

51CTO技术栈公众号