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二进制中浮点数怎么表示

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二进制中浮点数怎么表示

目前C/C++编译器标准都遵照IEEE制定的浮点数表示法来进行float,double运算。这种结构是一种科学计数法,用符号、指数和尾数来表示,底数定为2——即把一个浮点数表示为尾数乘以2的指数次方再添上符号。下面是具体的规格:

符号位 阶码 尾数 长度

float 1 8 23 32

double 1 11 52 64 以下通过几个例子讲解浮点数如何转换为二进制数例一:已知:double类型38414.4。求:其对应的二进制表示。分析:double类型共计64位,折合8字节。由最高到最低位分别是第63、62、61、……、0位:

最高位63位是符号位,1表示该数为负,0表示该数为正;

62-52位,一共11位是指数位;

51-0位,一共52位是尾数位。

步骤:按照IEEE浮点数表示法,下面先把38414.4转换为十六进制数。

把整数部和小数部分开处理:整数部直接化十六进制:960E。小数的处理:

0.4=0.5*0+0.25*1+0.125*1+0.0625*0+……

实际上这永远算不完!这就是著名的浮点数精度问题。所以直到加上前面的整数部分算够53位就行了。隐藏位技术:最高位的1不写入内存(最终保留下来的还是52位)。

如果你够耐心,手工算到53位那么因该是:38414.4(10)=1001011000001110.0110011001100110011001100110011001100(2)科学记数法为:1.001011000001110 0110011001100110011001100110011001100,右移了15位,所以指数为15。或者可以如下理解:1.001011000001110 0110011001100110011001100110011001100×2^15

于是来看阶码,按IEEE标准一共11位,可以表示范围是-1024 ~ 1023。因为指数可以为负,为了便于计算,规定都先加上1023(2^10-1),在这里,阶码:15+1023=1038。二进制表示为:100 00001110;

符号位:因为38414.4为正对应 为0;

合在一起(注:尾数二进制最高位的1不要):

01000000 11100010 11000001 110 01100 11001100 11001100 11001100 11001100 例二:已知:整数3490593(16进制表示为0x354321)。求:其对应的浮点数3490593.0的二进制表示。 解法如下:先求出整数3490593的二进制表示: H: 3 5 4 3 2 1 (十六进制表示) B: 0011 0101 0100 0011 0010 0001 (二进制表示) │←──────21─────→│ 即: 1.1010101000011001000012×221可见,从左算起第一个1后有21位,我们将这21为作为浮点数的小数表示,单精度浮点数float由符号位1位,指数域位k=8位,小数域位(尾数)n=23位构成,因此对上面得到的21位小数位我们还需要补上2个0,得到浮点数的小数域表示为: 1 0101 0100 0011 0010 0001 00 float类型的偏置量Bias=2k-1-1=28-1-1=127,但还要补上刚才因为右移作为小数部分的21位,因此偏置量为127+21=148,就是IEEE浮点数表示标准: V = (-1)s×M×2E E = e-Bias中的e,此前计算Bias=127,刚好验证了E=148-127=21。 将148转为二进制表示为10010100,加上符号位0,最后得到二进制浮点数表示1001010010101010000110010000100,其16进制表示为: H: 4 A 5 5 0 C 8 4 B: 0100 1010 0101 0101 0000 1100 1000 0100 |←──── 21 ─────→ | 1|←─8 ─→||←───── 23 ─────→ | 这就是浮点数3490593.0(0x4A550C84)的二进制表示。 例三:0.5的二进制形式是0.1它用浮点数的形式写出来是如下格式 0 01111110 00000000000000000000000

符号位 阶码 小数位正数符号位为0,负数符号位为1阶码是以2为底的指数小数位表示小数点后面的数字

下面我们来分析一下0.5是如何写成0 01111110 00000000000000000000000

首先0.5是正数所以符号位为0再来看阶码部分,0.5的二进制数是0.1,而0.1是1.0*2^(-1),所以我们总结出来:要把二进制数变成(1.f)*2^(exponent)的形式,其中exponent是指数而由于阶码有正负之分所以阶码=127+exponent;即阶码=127+(-1)=126 即 01111110余下的小数位为二进制小数点后面的数字,即00000000000000000000000

由以上分析得0.5的浮点数存储形式为0 01111110 00000000000000000000000 注:如果只有小数部分,那么需要右移小数点. 比如右移3位才能放到第一个1的后面, 阶码就是127-3=124.例四 (20.59375)10 =(10100.10011 )2

首先分别将整数和分数部分转换成二进制数:

20.59375=10100.10011

然后移动小数点,使其在第1,2位之间

10100.10011=1.010010011×2^4 即e=4

于是得到:

S=0, E=4+127=131, M=010010011

最后得到32位浮点数的二进制存储格式为:

0100 1001 1010 0100 1100 0000 0000 0000=(41A4C000)16 例五:

-12.5转为单精度二进制表示

12.5:

1. 整数部分12,二进制为1100; 小数部分0.5, 二进制是.1,先把他们连起来,从第一个1数起取24位(后面补0):

1100.10000000000000000000

这部分是有效数字。(把小数点前后两部分连起来再取掉头前的1,就是尾数)

2. 把小数点移到第一个1的后面,需要左移3位(1.10010000000000000000000*2^3), 加上偏移量127:127+3=130,二进制是10000010,这是阶码。

3. -12.5是负数,所以符号位是1。把符号位,阶码和尾数连起来。注意,尾数的第一位总是1,所以规定不存这一位的1,只取后23位:

1 10000010 10010000000000000000000

把这32位按8位一节整理一下,得:

11000001 01001000 00000000 00000000

就是十六进制的 C1480000.

例六:2.025675

1. 整数部分2,二进制为10; 小数部分0.025675, 二进制是.0000011010010010101001,先把他们连起来,从第一个1数起取24位(后面补0):

10.0000011010010010101001

这部分是有效数字。把小数点前后两部分连起来再取掉头前的1,就是尾数: 00000011010010010101001

2. 把小数点移到第一个1的后面,左移了1位, 加上偏移量127:127+1=128,二进制是10000000,这是阶码。

3. 2.025675是正数,所以符号位是0。把符号位,阶码和尾数连起来:

0 10000000 00000011010010010101001

把这32位按8位一节整理一下,得:

01000000 00000001 10100100 10101001

就是十六进制的 4001A4A9.

例七:

(逆向求十进制整数)一个浮点二进制数手工转换成十进制数的例子:

假设浮点二进制数是 1011 1101 0100 0000 0000 0000 0000 0000

按1,8,23位分成三段:

1 01111010 10000000000000000000000

最后一段是尾数。前面加上"1.", 就是 1.10000000000000000000000

下面确定小数点位置。由E = e-Bias,阶码E是01111010,加上00000101才是01111111(127),

所以他减去127的偏移量得e=-5。(或者化成十进制得122,122-127=-5)。

因此尾数1.10(后面的0不写了)是小数点右移5位的结果。要复原它就要左移5位小数点,得0.0000110, 即十进制的0.046875 。

最后是符号:1代表负数,所以最后的结果是 -0.046875 。

注意:其他机器的浮点数表示方法可能与此不同. 不能任意移植。 再看一例(类似例七):比如:53004d3e二进制表示为:01010011000000000100110100111110按照1个符号 8个指数 23个小数位划分0 10100110 00000000100110100111110正确的结果转出来应该是551051722752.0该怎么算?好,我们根据IEEE的浮点数表示规则划分,得到这个浮点数的小数位是:

00000000100110100111110

那么它的二进制表示就应该是:

1.000000001001101001111102 × 239

这是怎么来的呢? 别急,听我慢慢道来。

标准化公式中的M要求在规格化的情况下,取值范围1<M<(2-ε)正因为如此,我们才需要对原始的整数二进制表示做偏移,偏移多少呢?偏移2E。

这个“E”怎么算?上面的239怎么得来的呢?浮点数表示中的8位指数为就是告诉这个的。我们知道:

E = e-Bias

那么根据指数位:101001102=>16610

即e=166,由此算出E=e-Bias=166-127=39,就是说将整数二进制表示转为标准的浮点数二进制表示的时候需要将小数点左移39位,好,我们现在把它还原得到整数的二进制表示:1 00000000100110100111110 00000000000000001│←───── 23─────→│←─── 16───→│

23+16=39,后面接着就是小数点了。

拿出计算器,输入二进制数1000000001001101001111100000000000000000

转为十进制数,不正是:551051722752么!

通过这例六例七,介绍了将整数二进制表示转浮点数二进制表示的逆过程,还是希望大家不但能掌握转化的方法,更要理解转化的基本原理。

http://baike.baidu.com/lemma-php/dispose/view.php/25385.htm

http://baike.baidu.com/lemma-php/dispose/view.php/10047.htm

http://baike.baidu.com/lemma-php/dispose/view.php/13745.htm

http://baike.baidu.com/lemma-php/dispose/view.php/4290.htm

http://baike.baidu.com/lemma-php/dispose/view.php/7342.htm

http://baike.baidu.com/lemma-php/dispose/view.php/16610.htm

http://baike.baidu.com/lemma-php/dispose/view.php/2098.htm

金丝猴(jinsihou)(Rhinopithecus)脊椎动物,哺乳纲,灵长目,疣猴科。体长约70厘米,尾长约与体长相等或长些。鼻孔大,上仰。唇厚,无颊囊。背部的毛长发亮,颜色为青色。头顶、颈、肩、上臂、背和尾灰黑色,头侧、颈侧、躯干腹面和四肢内侧褐**。毛质柔软,为我国特产的珍贵动物,群栖高山密林中。以野果、嫩芽、竹笋、苔藓植物为食。共有3种,均已被列为国家一级保护动物。主要的区别是:金丝猴(R.roxellanae)的脸天蓝色,两侧、胸及后腿金**,分布于四川、甘肃和陕西滇金丝猴(R.bieti)的脸两侧白色,分布于云南、四川和西藏东部;黔金丝猴(R.brelichi)的两肩之间有1块卵圆白毛区,分布于贵州与四川之间。金丝猴生活在海拔1400-3000米的阔叶林和针阔叶混交林,几乎与大熊猫同地区分布,同样怕酷暑耐严寒。以家族方式结群生活,最大的群体可达600余只在灵长类中,如此庞大的群体亦属罕见。金丝猴主要在树上生活,也在地面找东西吃。主食有树叶、嫩树枝、花、果、也吃树皮和树根、爱吃昆虫、鸟、和鸟蛋。吃东西时总是吧哒嘴显得那么香甜。

东北虎

别名:西伯利亚虎、满洲虎、阿穆尔虎

科: 猫科

学名: Panthera tigris altaica

英文名: Siberican Tiger

东北虎是现存最大的猫科动物,平均体长为1.8―2.8米,尾长0.9米,体重227―272千克,最大的记录体重超过300千克。分布于中国的东北地区,国外见于西伯利亚。栖居于森林、灌木和野草丛生的地带。独居,无定居,具领域行为, 夜行性。感官敏锐,性凶猛,行动迅捷,善游泳。捕食大中型哺乳动物, 偶食小型哺乳动物和鸟。

野生的东北虎幼仔要和母亲一起生活2―3年,学会捕猎本领, 然后才独立生活。繁殖期冬季,孕期98―110天,每产2―4仔,3―4岁性成熟,寿命20―25年。

野生东北虎现存数量只有400多只,大部分分布在俄罗斯,在我国的数量不足20只,朝鲜半岛已经再没有东北虎的踪迹。

中国Ⅰ级保护动物并被列入濒危野生动植物种国际贸易公约(CITES)附录

丹顶鹤

鹤形目 鹤科

学名:Grus japonensis

英文名:Red-crowned Crane

分布于中国黑龙江、吉林、辽宁、长江中下游、台湾等地。国外见于俄罗斯、日本、朝鲜。

丹顶鹤(又名仙鹤,被喻为长寿象征)栖息于开阔平原、沼泽、湖泊、海滩及近水滩涂。成对或结小群,迁徙时集大群,日行性,性机警,活动或休息时均有只鸟作哨兵。候鸟。迁徙时排成"一"字形或"V"字形。以鱼、虾、水生昆虫、软体动物、蝌蚪及水生植物的叶、茎、块根、球茎、果实等为食。

繁殖期4-6月,求偶伴随舞蹈、鸣叫,营巢于具一定水深的卤芦苇丛、草丛中,每产1- 2卵,孵化期30--33天,早成鸟,2岁性成熟,寿命可达50-60年。北京动物园1954年首次饲养展出丹顶鹤,1964年繁殖成功。

中国Ⅰ级保护动物

被列入濒危野生动植物种国际贸易公约附录Ⅰ

藏羚羊

藏羚(Pantholops hodgsoni)

英文名:Tibetan antelope或Chiru

中文别名:藏羚羊、长角羊 藏名译音:Zu

分 类:偶蹄目、牛科、藏羚属。形似黄羊,但大得多。

肩 高:80—85厘米(雄) 70—75厘米(雌)

体 重:35—40公斤(雄) 24—28公斤(雌)

形 态:四肢匀称、强健。尾短小、端尖。通体被毛丰厚绒密,毛形直。

特殊性:每个鼻孔内还有1个小囊,其作用是为了帮助在空气稀薄的高原上进行呼吸。

毛 色:雄羊头、颈、上部淡棕褐色,夏深而冬浅,腹部白色,额面和四条腿有醒目黑斑记,雌羊纯黄褐,腹部白色。

角 长:成年雄性角长笔直,角尖微内弯,50—60厘米(雌性无角)

寿 命:一般不超过8岁

习 性:集成十几到上千只不等的种群,生活在海拔4300米到5100米(最低3250米,最高5500米)的高山草原、草甸和高寒荒漠上,早晚觅食,善奔跑。

夏季雌性沿固定路线向北迁徒,6—7月产仔之后返回越冬地与雄羊合群,11—12月交配,每胎1仔。有少数种群不迁徙。 分 布:只限青藏高原,以羌塘为中心,南至拉萨以北,北至昆仑山,东至西藏昌都地区北部和青海西南部,西至中印边界,偶尔有少数由此流入印度境内拉达克。

数 量:少于75000只(1999年估计,据夏勒博士) 保护级别:国家一级保护动物 自然保护区:为了保护藏羚羊和其它青藏高原特有的珍稀动物,国家于1983年成立阿尔金山国家级自然保护区,1992年,成立羌塘自然保护区,1995年成立可可西里省级自然保护区,1997年底上升为国家级自然保护区。 2000年成立三江源自然保护区

藏羚属国家一级保护动物。

鳄鱼

属脊椎类两栖爬行动物,其性情大都凶猛暴戾,喜食鱼类和蛙类等小动物,甚至噬杀人畜.据记载,世界上现存的鳄鱼类共有20余种,我国的扬子鳄,泰国的湾鳄以及逻罗鳄等都是较有名的品种.我国目前最大的鳄鱼养殖基地是广州市番禺养殖场,该场占地面积近70公顷,拥有湾鳄,逻罗鳄,扬子鳄,南美短吻鳄等鳄鱼近10万条.

鳄鱼除少数生活在温带地区外,大多生活在热带亚热带地区的河流,湖泊和多水的沼泽,也有的生活在靠近海岸的浅滩中。它脸长、嘴长,有所谓“世上之王,莫如鳄鱼”之说。鳄鱼富有观赏价值。鳄鱼还具多种药用保健功效。鳄鱼也是名贵食用佳肴。由于它全身宝,因此,世界上一些国家积极发展鳄鱼养殖业。

鳄鱼是鳄形目鳄科的1种。又称湾鳄或海鳄。分布于东南亚沿海直到澳大利亚北部。全长6~7米,最长达10米,是现存最大的爬行动物。湾鳄生活在海湾里或远渡大海。在淡水江河边的林荫丘陵营巢(距海6万米以上)它们用尾巴扫出一个7~8米的平台,台上建有真径3米的安放鳄卵的巢,巢距河约4米,以树叶丛荫构成,每巢有白色硬壳卵50枚左右,大小约80×55毫米;母鳄鱼守候在巢侧,时时甩尾巴洒水湿巢,保持30~33℃温度,75~90天孵化;雏鳄出壳长240毫米,1年可长到480毫米,3年可达1156毫米,重5.2公斤。鳄鱼凶猛不驯。成年鳄鱼经常在水下,只有眼鼻露出水面。它们耳目灵敏,受惊立即下沉。午后多浮水晒日,夜间目光明亮。幼鳄则带红光。鳄鱼5~6月交配,连续数小时,而受精仅1~2分钟;7~8月产卵。雄鳄独占领域,驱斗闯入者,一雄率拥群雌。常食鱼、蛙、虾、蟹,也吃小鳄、龟、鳖。咀嚼力强,能碎裂硬甲。中国汉代始知南方有鳄,唐宋迭有记载,明清以来偶见于沿海岛屿。俗话说“鳄鱼的眼泪”,其实倒真是不假。鳄鱼真的会流眼泪,只不过那并不是因为它伤心,而是它在排泄体内多余的盐分。。鳄鱼肾脏的排泄功能很不完善,体内多余的盐分,要靠一种特殊的盐腺来排泄。鳄鱼的盐腺正好位于眼睛附近。除鳄鱼外,海龟、海蛇、海蜥和一些海鸟身上,也都有类似的盐腺。盐腺使这些动物能将海水中多余的盐分去掉,从而得到淡水。所以,盐腺是它们天然的“海水淡化器”。

大鲵

别名娃娃鱼、啼鱼、狗鱼,属于有尾目隐鳃鲵科,拉丁学名Andriasdavidianus,英文名giantsalamander。

生境:栖息于海拔200-1500m的山区水流湍急,水质清凉,石缝裂隙和岩石孔洞甚多的溪河中。

捕食与食性:觅食不是主动出击,张开大口,一动不动地等待着猎物自投罗网。喜食鱼、蟹、虾、蛙和蛇等水生动物。

分类:两栖纲、有尾目、隐鳃鲵科。

分布:在云南的滇东北和滇东南的山溪中有发现,中国17个省区均有分布。

现存有尾目中最大的一种,最大体长可超过1米。头部扁平钝圆,口大,眼不发达,无眼睑。身体前部扁平,至尾部逐渐转为侧扁。身体两侧有明显的肤褶,四肢短而扁,前肢五趾,后肢四趾,稍有蹼。尾圆形,尾上下有鳍状物。体表光滑,布满粘液。身体背面为黑色和棕红色相杂,腹面颜色浅淡。

生活在山区的清澈溪流中,一般都匿居在山溪的石隙间,洞穴位于水面以下。叫声也似婴儿啼哭,故俗称“娃娃鱼”。每年7~8月间产卵,每尾产卵300枚以上,雄鲵将卵带绕在背上,2~3周后孵化。

中国特有物种,产于华北、华中、华南和西南各省。心脏构造特殊,已经出现了一些爬行类的特征,具有重要的研究价值。数量稀少,需加强保护。

保护:由于它肉嫩味鲜,所以长期遭到人们大量捕杀。各产地数量锐减,有的产地已濒临灭绝。已列为国家II级保护动物和CITES附录I。

海豚属于哺乳纲、鲸目、齿鲸亚目,海豚科,通称海豚,共有近62种,分布于世界各大洋。体长1.2~4.2米,体重23~225千克。海豚一般嘴尖,上下颌各有约100颗尖细的牙齿,主要以小鱼、乌贼、虾、蟹为食。 海豚喜欢过“集体”生活,少则几头,多则几百头。海豚是一种本领超群、聪明伶俐的海中哺乳动物。经过训练,能打乒乓球、跳火圈等。除人以外,海豚的大脑是动物中最发达的。人的大脑占本人体重的百分之二点一,海豚的大脑占它体重的百分之一点七。海豚的大脑由完全隔开的两部分组成,当其中一部分工作时,另一部分充分休息,因此,可终生不眠。 海豚是靠回声定位来判断目标的远近、方向、位置、形状、甚至物体的性质。有人做试验,把海豚的眼睛蒙上,把水搅浑,它们也能迅速、准确的追到扔给它的食物。 海豚不但有惊人的听觉,还有高超的游泳和异乎寻常的潜水本领。据有人测验,海豚的潜水记录是300米深,而人不穿潜水衣,只能下潜20米。至于它的游泳速度,更是人类比不上的。海豚的速度可达每小时40公里,相当于鱼雷快艇的中等速度。

标签: 鳄鱼 整数 小数点
 
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