java浮点型分析

xiaoxiao2021-02-27  431

问题

float func3()   {      long i= 3 ;      return i;   } 是可以的,下面是别人的分析

float占4个字节为什么比long占8个字节大呢,因为底层的实现方式不同。 浮点数的32位并不是简单直接表示大小,而是按照一定标准分配的。 第1位,符号位,即S 接下来8位,指数域,即E。 剩下23位,小数域,即M,取值范围为[1 ,2 ) 或[0 , 1) 然后按照公式:  V=(-1)^s * M * 2^E 也就是说浮点数在内存中的32位不是简单地转换为十进制,而是通过公式来计算而来,通过这个公式虽然,只有4个字节,但浮点数最大值要比长整型的范围要大。 研究了一下浮点小数的表示

  怎么用二进制来表示小数呢?         假设我们要用二进制来表示小数5.5,怎么搞?               按照常规思路,首先用二进制表示一下5,是101,那5.5岂不就是101.101(呵呵哒...)。               我们来看下分解过程,5=4+1,也就是1*22 + 0*21 + 1*20,即101。按照这个思路,0.101这个二进制表示的是1*2-1 + 0*2-2 + 1*2-3,也就是0.625。                 所以,5.5表示成二进制就可以是101.1(并不是101.101)。                再明确下这个规则:               1···11.11···1  (中间的点表示小数点)               1*2k + ··· + 1*21 + 1*20 + . + 1*2-1 + 1*2-2 + 1*2-k           这种表示法也叫作定点表示法。             然而,我们也会发现定点表示法的一些问题:               首先,我们用定点表示法表示下0.1这个十进制小数试试看,               0.1 = 0*2-1 + 0*2-2 + 0*2-3 + 1*2-4 (0.0625) + 1*2-5 (0.03125) + 0*2-6 + 0*2-7 + 1*2-8 (0.00390625) + 0*2-9(0.001953125) + ... fuck!!!!               有编码长度限制的话,这种表示方式无法精确的表示0.1,只能随着编码长度的增加而越来越近似。               其次,这种表示方法没办法有效的表示很大的数,比如5 * 2100这个数(二进制表示的话,后面100个0怎么表示,就算双精度的话也才64个bit)。     IEEE浮点表示法。        上面我们看了定点表示法,也大概了解了定点表示法存在的问题: 1.不精确。2.无法有效表示大数。          这一节来看一下IEEE浮点表示法,这种表示法也是系统中普遍采用的表示小数的方式。          先看一下浮点表示标准形式:  V = (-1)s×M×2E      (可以当成一个公式来记!)   V=(-1)^s*(M)*2^(E-127)(单精度) V=(-1)^s*(M)*2^(E-1023)(双精度)        那具体怎么表示呢?假设是32位的话(比如Java的float、单精度),格式如下:        s          e                                f        1 - 11111111 - 11111111111111111111111         s:1bit     e:8bit      f:23bit               64位的话(比如Java的double、双精度),格式如下:          s            e                                                                f        1 - 11111111111 - 1111111111111111111111111111111111111111111111111111                s:1bit     e:11bit      f:52bit               知道了格式和公式,两者怎么对应起来呢?         根据格式中e值的不同,编码会分为三种情况:         1.规格化的值:               当e中所有bit的值既不全是0,又不全是1,这种情况就属于规格化的值。               规格化的值下               M=1+f,f是f所包含的bit组成的二进制小数。               E=e-Bias,e是e包含的bit组成的无符号数; Bias=2^(k-1)-1 ,k是e的bit个数,比如32位下,k=8,64位下,k=11。 固定127         2.非规格化的值:               当e中所有bit的值全是0,这种情况就属于非规格化的值。               非规格化的值下               M=f,f是f所包含的bit组成的二进制小数。               E=1-Bias,Bias=2^(k-1)-1,k是e的bit个数,比如32位下,k=8,64位下,k=11。 固定1023         3.特殊值:               当e中所有bit的值全是1,f中所有bit的值全是0,表示无穷大。               当e中所有bit的值全是1,f中所有bit的值不全是0,表示NaN(Not a Number)。           可见,IEEE浮点表示方式,虽然解决了表示大数的问题(通过公式能看出可以表示M×2E这种形式的数), 但还是没有解决精确问题         Java中怎么表示浮点数。         Java中提供了long和double来表示单精度浮点和双精度浮点的基本类型,就是按照IEEE754规范来的。也提供了对应的包装类。          我们按照上面的IEEE规则来看一下,就看看5.5这个数。        首先我们用单精度来表示5.5这个数: Java代码   float f = 5.5f;          然后我们需要得到这个数二进制的格式,也就是上面IEEE格式,Float包装类中提供了floatToIntBits进行支持。  Java代码   int intBits = Float.floatToIntBits(f);          最后我们需要将这个intBits以二进制的形式打印出来看看。  Java代码   System.out.println(Integer.toBinaryString(intBits));          输出如下:  Java代码   1000000101100000000000000000000          注意这里的打印结果会将bit位中前面的0省略(把符号位给省略了),我们补上0,然后调整成IEEE格式。           0 10000001 01100000000000000000000        注意到,这符合上面提到的规格化的值,套用一下规则:        s = 0        M=1+f,M=1.375        E=e-Bias,e=129,Bias=2^(8-1)-1=127,所以E=2        V = (-1)s×M×2E  =  (-1)^0×1.375×2*2 = 1×1.375×4 = 5.5        结果就是5.5 对上了!!!反向转换的话要注意隐含位          最后来看个特殊值的例子:  Java代码   public static void main(String[] args) {       int intBits1 = 0x7f800000;// 0 11111111 00000000000000000000000       float f1 = Float.intBitsToFloat(intBits1);       int intBits2 = 0xff800000;// 1 11111111 00000000000000000000000       float f2 = Float.intBitsToFloat(intBits2);       System.out.println("f1="+f1+",f2="+f2);       int intBits3 = 0xff800001;// 1 11111111 00000000000000000000001       float nan = Float.intBitsToFloat(intBits3);       System.out.println("nan="+nan);   }          输出如下:  Java代码   f1=Infinity,f2=-Infinity   nan=NaN          OK!可以自己多写几种例子来加深下印象。          如果之前不了解这部分的话,可以对Java中float和double的内存布局有一点点的直观认识了。

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