C - 计算机内存


一、原理简介

  • 计算机在执行程序的时候,组成程序的指令和程序锁操作的数据都必须存储在某个地方,这个地方就是计算机的内存,也称为RAM。可以将计算机的RAM想象一排井然有序的盒子。每个盒子都有两个状态:满为1,空为0.每个盒子称为一个位(bit)。每8个位组成一个字节,在计算机中,一个英文字母占一个字节,一个中文汉字占两个字节。
  • 计算机中常用的单位是千字节(KB),兆字节(MB),千兆字节(GB)。1KB = 1024bit,1MB = 1024KB,1GB = 1024MB。
  • 具体编译系统分配给不同数据类型的内存空间由编译器决定,可在编译器中由 sizeOf() 函数查看。

二、规范化的指数形式

  • 在指数形式的多种表示方式中把小树部分中小数点钱的数字为0,小数点后第一位数字不为0的表示形式称为规范化的指数形式,如0.43242*10^1就是4.3242的规范化的指数形式。一个实数只有一个规范化的指数形式。
  • 浮点数包括:float(单精度)、double(双精度)、long double(长双精度)。

三、关于溢出问题

  • 以float举例,在内存中分配4个字节(32位),但是4个字节有多少给小数,有多少给指数,是由c语言编译系统自定的。
  • FLT_MINFLT_MAX 查询最大值最小值。

四、C/C++浮点数载内存中的存储方式

  • 目前所有C/C++编译器都是采用IEEE754所指定的标准浮点格式,即二进制科学表示法。
  • 在二进制科学表示法中,S = M*2^N 主要由三部分构成:符号位 + 阶码(N)+尾数(M)。对于 float 型数据,其二进制有32位,其中符号位1位,阶位8位,尾数23位;对于 double 型数据,其二进制为64位,符号位1位,阶位11位,尾数52位。
    • 符号位:0表示正,1表示负。
    • 阶码:这里阶码采用移码表示,对于float型数据其规定偏置量为127,阶码有正有负,对于8位二进制,其表示范围为-128127,double型规定为1023,其表示范围为-10241023.比如对于 float 型数据,若阶码的真实值为 2,则加上127后为129,其阶码表示形式为1000010.
    • 尾数:有效数字位,即部分二进制位(小数点后面的二进制位),因为规定M的整数部分恒为1,所以这个1就不进行存储了。
  • 举例说明:
    • float型数据125.5转换为标准浮点格式
    • 计算125.5的二进制
      125/2 = 62...1
      62 /2 = 31...0
      31 /2 = 15...1
      15 /2 = 7 ...1
      7 /2 = 3 ...1
      3 /2 = 1 ...1
      1
      整数125二进制表示形式为:1111101
      0.5*2 = 1
      小数部分0.5的二进制表示形式为:1
      125.5的二进制表示形式为:1111101.1
    • 由于规定尾数的证书部分恒为1,则表示为1.1111011*2^6,阶码为6,6+127 = 133,则表示为10000101,而对于尾数将整数部分1去掉,为1111011,在其后面补0使其位数达到23位,则为11110110000000000000000。
    • 二进制表示为0 10000101 11110110000000000000000 在内存中的存放方式:
      00000000 低地址
      00000000
      11111011
      01000010 高地址
  • 反过来根据二进制计算浮点数:
    0 10000101 11110110000000000000000
    • 符号位为0,则为证书。
    • 阶码为133-127 = 6
    • 尾数为1111011
    • 大小为1.1111011*2^6,得到1111101.1,十进制为125.5.
  • 根据以上信息我们可以大约估计float的最大取值:
    1.11111111111111111111111 * 2^127 = 3.4 * 10^38
    ----------- 小数位23个1-----------

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