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整形数和浮点数存储方式

整形数和浮点数存储方式

作者: 林夕copy | 来源:发表于2021-03-29 10:09 被阅读0次

    整形数

    有符号整形数

    Int8举例,Int8的取值范围为-128~127
    8个字节中第一位是符号位,0-非负数,1-负数。
    二进制书写时使用0b开头,十六进制使用0x
    位运算中~表示取反,~0b1101等于0b0010
    看几个🌰:

    let value0: Int8 = 0b00000000 // 0
    let value1: Int8 = 0b00000001 // 1
    let value2: Int8 = ~0b00000000 // -1 0b11111111
    let value3: Int8 = ~0b00000001 // -2 0b11111110
    

    8位二进制可以存储256个数但因为需要表示0所以正数只能存储到127,正数和负数通过取反可以一一对应:
    ~0 = -1
    ~1 = -2
    ...以此类推
    ~127 = -128

    使用场景🌰:
    可以利用正数的二进制存储方式以及位运算实现多项选择配置,下面是一个返回地址的🌰。
    地址中包含四个部分,返回的地址中想要包含哪个部分可以根据传人参数进行配置。

    struct Address {
        enum Part: UInt {
            case country = 0b1
            case privince = 0b10
            case city = 0b100
            case street = 0b1000
        }
        
        func createAddress(part: UInt) -> String {
            var result = ""
            if part & Part.country.rawValue != 0 {
                result.append("china")
            }
            
            if part & Part.privince.rawValue != 0 {
                result.append("liaoning")
            }
            
            if part & Part.city.rawValue != 0 {
                result.append("shenyang")
            }
            
            if part & Part.street.rawValue != 0 {
                result.append("zhongjie")
            }
            return result
        }
    }
    
    let add = Address()
    add.createAddress(part: 0b1101) // "chinashenyangzhongjie"
    

    无符号整形数

    UInt8举例,UInt8到取值范围为0~255
    看几个🌰:

    let value0: Int8 = 0b00000000 // 0
    let value1: Int8 = 0b00000001 // 1
    let value2: Int8 = ~0b00000000 // 255 0b11111111
    let value3: Int8 = ~0b00000001 // 254 0b11111110
    

    UInt8也可以通过取反一一对应:
    ~0 = 255
    ~1 = 254
    ...以此类推
    ~127 = 128

    浮点数

    浮点数计算规则.png

      (1)(-1)^s表示符号位,当s=0,V为正数;当s=1,V为负数。

      (2)M表示有效数字,大于等于1,小于2。

      (3)2^E表示指数位。
    浮点数存储遵循上述公示,当然还包括一些特殊规定:

    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。
    
    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,E的真实值必须再减去一个中间数,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。
    
    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。
    
    然后,指数E还可以再分成三种情况:
    
    (1)E不全为0或不全为1。这时,浮点数就采用上面的规则表示,即指数E的计算值减去127,得到真实值,再将有效数字M前加上第一位的1。
    
    (2)E全为0。这时,浮点数的指数E等于1-127,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。这时,如果有效数字M全为0,表示±无穷大(正负取决于符号位s);如果有效数字M不全为0,表示这个数不是一个数(NaN)。
    

    Float32举例:

    0b00111110001000000000000000000000
    第一位0表示这个数是一个正数
    第二到第九位01111100表示无符号整形数124,即E = 124 - 127 = -3
    后23位01000000000000000000000表示二进制1.01,转换成十进制为1.25
    
    V=1.25 * 2^-3 = 0.15625
    
    64位时:
    对于64位的浮点数,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。
    
    注:
    二进制中0.1表示十进制的0.5
    二进制中0.01表示十进制的0.25
    二进制中0.001表示十进制的0.125
    

    使用场景🌰:
    看了浮点数的存储方式肯定有人会问知道这个有什么用呢,在一些数学计算中借助浮点数的存储可以得到一些方便的运算方式。例如卡马克快速平方根

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