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浮点型的详细介绍以及sizeof

article 2024/9/25 19:25:51

昨天我们查看了各种整型的范围，那今天我们来看看浮点型float的范围。

float

用以下代码可以实现：

#include <stdio.h>
#include <float.h>

int main() {
    printf("The maximum value of a float is: %e\n", FLT_MAX);
    printf("The minimum value of a float (including negative) is: %e\n", -FLT_MAX);

    return 0;
}

和查看整型的范围类似，我们也需要包括一个头文件：float.h。

%e

我们同样也能看到占位符从%hd、%d、%ld、%lld、%hu、%u、%lu、%llu变成了%e,如果说前面是用来打印十进制的整数，那%e就是用来打印浮点数类型的，打印的形式是科学计数法。举个例子来感受一下：

#include <stdio.h>
int main()
{
    float a = 100.234;
    printf("%e\n", a);
}

控制台输出的就是浮点数输出的格式。后面的+02表示指数部分是2，也可以用%E，输出的结果除了中间的e会变成E。其它都是相同的：

%e也可以保留小数的位数，和%f一样，在%的后面加一个点和数字。

现在我们就可以来看一下第一段代码的运行结果：

会发现它并不是涵盖了所有的小数，那就说明除了float还有其他方式来表示小数。浮点型中除了float还有double和long double。先来讲讲double

double(双精度）

先来定义一个double类型的变量：

#include <stdio.h>
int main()
{
    double a = 100.234;
    printf("%lf\n", a);
}

可以看到占位符从%f变成了%lf,其实double的精度（精度即能表示的小数位数更多）比float高，只不过默认情况下都是输出6位，我们也可以指定输出更多位。

老样子，我们来看它所能包含的范围：

#include <stdio.h>
#include <float.h>//有些编译器是需要包含头文件<limits>
int main() 
{
    printf("The maximum negative value of a double is: %e\n", -DBL_MAX);
    printf("The maximum value of a double is: %e\n", DBL_MAX);
    return 0;
}

可以看到这个值比float的范围大了很多。

long double

也先来定义一个long double的变量：

#include <stdio.h>
int main()
{
    long double a = 100.234;
    printf("%llf\n", a);
}

占位符从%lf变成了%llf，同样也可以指定位数输出。

咱们也来看看它的范围：

#include <stdio.h>
#include <float.h>
int main() 
{
    printf("The maximum positive value of a long double is: %Le\n", LDBL_MAX);
    printf("The maximum negative value of a long double is: %Le\n", -LDBL_MAX);
    return 0;
}

咦，为什么和double是一样的？还记得昨天的long和int的范围也是一样的吗？是因为它们各自所占的内存是一样的，字节数是一样的。

那我们来看看它们占的字节数：

#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Size of float: %zu bytes\n", sizeof(float));
    printf("Size of double: %zu bytes\n", sizeof(double));
    printf("Size of long double: %zu bytes\n", sizeof(long double));
    return 0;
}

控制台输出的也证明我们的想法是对的！

同样地跟整型一样，为了提高内存使用效率，适时使用不同的浮点型来表示数据。

精度

这里的精度指的是:当我们对一个数做加减法而变化量小于相对应的精度时，编译器是无法区分这个变化量的。所以精度也叫能够区分的最小差异。

#include <stdio.h>
#include <float.h>
int main() {
    printf("The precision of float is: %e\n", FLT_EPSILON);
    printf("The precision of double is: %e\n", DBL_EPSILON);
    printf("The precision of long double is: %Le\n", LDBL_EPSILON);
    return 0;
}

sizeof

前面我们在查看整型和浮点型所占内存的字节数时，用到了sizeof，它能够查看数据类型和变量以及表达式（但不会运算表达式，且可以省略括号）所占的字节数，所对应的占位符是%zu。

#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 1;
    printf("%zu", sizeof(a));//这里的括号也可以省略掉写成sizeof a
    printf("%zu", sizeof(int));
}

控制台：

使用sizeof之后会返回一个值，但是C语言中只规定这个值是无符号整型，而没有具体说是哪个整型，对于不同的整型我们也看到了有不同的占位符，这样会很不方便，所以就又新加了一个类型，专门对应sizeof的返回值类型：size_t，占位符用%zu。

那我们来看为什么在进行sizeof内存长度的计算时不会对表达式进行运算：

输入以下代码：

#include<stdio.h>
int main()
{
    short a = 1;
    int b = 1;
    printf("%zu\n", sizeof(a = b + 1));
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

从输出结果中我们可以看到a依旧是1，并且我们说过赋值是从右到左，这就意味着最后表达式的数据类型由最左边变量的数据类型所决定。所以当a不是short而是int时，就像下面输出的是4（int的数据类型长度）

sizeof的表达式不计算

为什么表达式不会运算呢？其实是因为sizeof本身是在编译阶段被处理的，我们说过一份代码文件（.c）最后变成可执行程序需要经过两步，一是编译（包括链接），二是运行。而表达式真正的计算是需要在运行阶段的，sizeof在编译阶段就被处理出结果了，即使会涉及到计算赋值，也是由最左边的数据类型来决定最后的结果。同样地我们讲到库函数和宏定义的时候，它们也是在不同的阶段被处理的，比如库函数是在运行阶段才会被调用，而宏定义则是在预处理阶段（属于编译过程的一步）被对应到它的值（比如INT_MAX对应2的31次方-1）即文本替换。

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