如何使用 C 中的常量格式化将浮点数转换为指数

Posted 2023-04-14

【中文标题】如何使用 C 中的常量格式化将浮点数转换为指数

【英文标题】：How to Format Turn Floating Point into Exponent Using Constants in C

【发布时间】：2020-10-14 22:08:25

【问题描述】：

所以我得到了

const int mask = 0x7F800000
const int shift = 23
const int bias = 127

int exp (float number)  
   unsigned int u = *(unsigned int*)&number;
   int field = 0;

老实说，我只是对如何正确格式化以获得我想要的东西感到困惑。本质上，客户端输入一个浮点数，然后 u 是与浮点数具有相同位模式的无符号整数。

我知道我需要首先屏蔽除数字中的指数变量之外的所有内容。所以我认为它是

field = (u & mask)

这大概应该掩盖位模式，除了我们想要的部分 - 指数。

然后第二步是将它移动 23，所以它不会被所有的零包围......这就是我感到困惑的地方。

field = (u & mask) >> shift ???

看，我有点迷路了。也许这是对的。不管怎样，我们都向右移动了 23 个。

那么最后是考虑偏差。您想返回实际指数，而不是位。这样做的公式是指数位=（exp位模式）-偏差......所以我试试这个

field = ((u & mask) >> shift) - bias;
return(field);

而我就是无法得到正确的答案。首先，请在我的格式上放轻松。我是 C 新手，这是一个初学者项目。我知道这并不好。但是，有人可以帮助我理解格式以使这些步骤起作用吗？或者帮助我缺少什么？我只是在寻求逻辑方面的帮助。

【问题讨论】：

屏蔽、移位和减法是正确的，即使 C 标准没有定义别名，许多 C 实现也会容忍别名，尽管有更好的方法。因此，可能还有其他原因导致“我无法得到正确的答案”。编辑您的问题以显示minimal reproducible example，包括完整的程序、示例输入、观察到的输出和所需的输出。仅仅说“我就是无法得到正确的答案”并不是一个充分的问题描述。显示程序产生的错误答案和正确答案的具体案例。

我会尝试一下。这是一个更大问题的一部分，所以问题可能是其他问题还没有完成。如果我提供的内容是正确的，我会继续看看测试是否满意。如果没有，我会回到这里。但是测试很简单......比如 6 == 6, 12 == 12。我是新手，所以我很困惑，所以我很抱歉

【参考方案1】：

注意字节顺序问题 - 对于类似 IEEE-754 的布局，我们可以有以下内容：

     A        A+1      A+2      A+3        Big-endian addressing
    +--------+--------+--------+--------+
    |seeeeeee|efffffff|ffffffff|ffffffff|
    +--------+--------+--------+--------+
     A+3      A+2      A+1      A          Little-endian addressing

所以在 x86 这样的 little-endian 系统上，您的值将被格式化为

+--------+--------+-------+--------+
|ffffffff|ffffffff|effffff|seeeeeee|
+--------+--------+-------+--------+

其中第一个字节将是有效数的最低 8 位，然后是有效数的中间 8 位，然后是最低指数位，然后是有效数的高 7 位，然后是符号位，其次是指数的高7位。

此外，不能保证float 值的位模式将适合unsigned int¹。最好将浮点值视为unsigned char的数组：

union f32 
  float f;
  unsigned char c[sizeof f];
;

您可以将您的值分配给f 成员：

union f32 myval = .f = 1.234;

然后通过c 成员检查它：

printf( "sign bit is %d\n", (f32.c[3] & 0x80) >> 7 );

---

unsigned int 只需要在至少[0..65535] 范围内存储值，这意味着它可以小至 16 位宽；在 2000 年之后构建的几乎所有系统上，它都是 32 位宽，但这不是您可以指望普遍正确的东西。

【讨论】：

“几乎所有 2000 年之后构建的系统都将是 32 位宽，” --> 如今，每年有 10-100 万的嵌入式处理器使用 16 位 int/unsigned。

我不想问，但是请您再看看提供的格式和库吗？我相信这确实是一个更简单的问题。我最想格式化给定的最后返回实际指数。它基本上是（1）给定字段的掩码，（2）用于格式化的移位，（3）使用公式 exp bits = exp bit pattern - 1 得出指数。

@chux-ReinstateMonica：点。我不做嵌入式工作，所以我从没想过。

@user14452102：我必须写一些代码来确定。如果您将浮点数分解为 unsigned char 的数组，如我上面的示例所示，则指数位不连续，您必须使用 2 个单独的掩码。 但是，如果你将值保存到uint32_t（不是unsigned int！），那么是的，你需要做的就是屏蔽0x7f800000，shift右 23 位，然后减去 127。至少在我的系统上。我不能保证这会一直在任何地方都有效。

@chux - 8bit 是的。

【参考方案2】：

三种方法：

最安全

int exp (float number)  
   unsigned int u;
   memcpy(&u, &numberm sizeof(u));

在 C 中安全

int exp (float number)  
   union 
   
       unsigned int u;
       float f;
   fu = .f = number;

那么你可以使用fu.u

不安全（指针插入）

int exp (float number)  
   unsigned int *u = (void *)&number;

具有无符号值u

你可以例如：

#define SIGN (1U << 31)
#define EXP  (0xff << 23)

unsigned sign = !!(u & SIGN)
unsigned exp = (u & EXP) >> 23;
unsigned mant = u & ~(SIGN | EXP);

【讨论】：

我很感激。但是，这是我在初学者 C 课程中为复习而做的教科书问题。我需要使用我提供的内容和 、 和 作为资源来完成此操作。给定的真的无法改变。你能再看看吗？

@user14452102 我不使用任何库。