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一、浮點數的概念
浮點數也稱小數或實數。例如,0.0、75.0、4.023、0.27、-937.198 都是合法的小數。
C語言中採用float和double關鍵字來定義小數,float稱爲單精度浮點型,double稱爲雙精度浮點型,long double更長的雙精度浮點型。
在任何區間內(如1.0 到 2.0 之間)都存在無窮多個實數,計算機的浮點數不能表示區間內所有的值。
二、點用內存的情況
我們先來測試一下float、double和long double三種浮點數據類型佔用內存的字節數。
示例(book71.c)
/*
* 程序名:book71.c,此程序測試float、double和long double佔用內存的字節數
* 作者:C語言技術網(www.freecplus.net) 日期:20190525
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("sizeof float is %d\n",sizeof(float));
printf("sizeof double is %d\n",sizeof(double));
printf("sizeof long double is %d\n",sizeof(long double));
}
運行效果
三、浮點數的精度
C標準規定,float類型必須至少能表示6位有效數字,且取值範圍至少是10-37~10+37。
double類型和 float類型的最小取值範圍相同,但至少必須能表示10位有效數字。
long double,以滿足比double類型更高的精度要求。不過,C只保證long double類型至少與double類型的精度相同。
看了上面這段文字,估計大家有點暈,在之前的整數章節中,long比int的佔用的內存多,存放數據的值也就越大,並且有一個準確的範圍,但是,爲什麼各種浮點數存放數據的值怎麼就這麼模糊呢?我先不解釋原因,浮點數的存儲方式比較複雜,暫時不討論,先用幾個程序來測試一下它們的特徵。
1、測試float類型
示例(book73.c)
/*
* 程序名:book73.c,此程序測試float的特徵
* 作者:C語言技術網(www.freecplus.net) 日期:20190525
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
float ff2=9.9; // 測試2位的浮點數
printf("ff2=%f\n",ff2);
if (ff2==9.9) printf("ff2==9.9\n");
float ff5=99.999; // 測試5位的浮點數
printf("ff5=%f\n",ff5);
if (ff5==99.999) printf("ff5==99.999\n");
float ff6=999.999; // 測試6位的浮點數
printf("ff6=%f\n",ff6);
if (ff6==999.999) printf("ff6==999.999\n");
float ff7=9999.999; // 測試7位的浮點數
printf("ff7=%f\n",ff7);
if (ff7==9999.999) printf("ff7==9999.999\n");
float ff8=99999.999; // 測試8位的浮點數
printf("ff8=%f\n",ff8);
if (ff8==99999.999) printf("ff8==99999.999\n");
}
運行效果
從程序的運行我們可以看出float數的兩個特徵:
1)float數據類型表達的是一個近似的數,不是準確的,小數點後的n位有誤差,浮點數的位數越大,誤差越大,到8位的時候,誤差了1,基本上不能用了。
2)用“==”可以比較兩個整數或字符是否相等,但是,看起來相等的兩個浮點數,就是不會相等。
2、測試double類型
示例(book74.c)
/*
* 程序名:book74.c,此程序測試double的特徵
* 作者:C語言技術網(www.freecplus.net) 日期:20190525
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
double ff2=9.9; // 測試2位的浮點數
printf("ff2=%lf\n",ff2);
if (ff2==9.9) printf("ff2與9.9相等。\n");
double ff12=999999999.99; // 測試12位的浮點數
printf("ff12=%lf\n",ff12);
if (ff12==999999999.99) printf("ff12與999999999.999相等。\n");
double ff13=9999999999.99; // 測試13位的浮點數
printf("ff13=%lf\n",ff13);
if (ff13==9999999999.99) printf("ff13與9999999999.999相等。\n");
double ff14=99999999999.99; // 測試14位的浮點數
printf("ff14=%lf\n",ff14);
if (ff14==99999999999.99) printf("ff14與99999999999.999相等。\n");
double ff15=999999999999.99; // 測試15位的浮點數
printf("ff15=%lf\n",ff15);
if (ff15==999999999999.99) printf("ff15與999999999999.999相等。\n");
double ff16=9999999999999.99; // 測試16位的浮點數
printf("ff16=%lf\n",ff16);
if (ff16==9999999999999.99) printf("ff16與9999999999999.999相等。\n");
double ff17=99999999999999.99; // 測試17位的浮點數
printf("ff17=%lf\n",ff17);
if (ff17==99999999999999.99) printf("ff17與99999999999999.999相等。\n");
double ff18=999999999999999.99; // 測試17位的浮點數
printf("ff18=%lf\n",ff18);
if (ff18==999999999999999.99) printf("ff17與99999999999999.999相等。\n");
}
運行效果
從程序的運行我們可以看出double數的兩個特徵:
1)double數據類型表達的也是一個近似的數,不是準確的,小數點後的n位有誤差,浮點數的位數越大,誤差越大,到17位的時候,誤差了1,基本上不能用了。
2)用“==”可以比較兩個double數值是否相等。
3、測試long double類型
示例(book75.c)
/*
* 程序名:book75.c,此程序測試long double的特徵
* 作者:C語言技術網(www.freecplus.net) 日期:20190525
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
long double ff2=9.9; // 測試2位的浮點數
printf("ff2=%Lf\n",ff2);
if (ff2==9.9) printf("ff2與9.9相等。\n");
long double ff12=999999999.99; // 測試12位的浮點數
printf("ff12=%Lf\n",ff12);
if (ff12==999999999.99) printf("ff12與999999999.999相等。\n");
long double ff13=9999999999.99; // 測試13位的浮點數
printf("ff13=%Lf\n",ff13);
if (ff13==9999999999.99) printf("ff13與9999999999.999相等。\n");
long double ff14=99999999999.99; // 測試14位的浮點數
printf("ff14=%Lf\n",ff14);
if (ff14==99999999999.99) printf("ff14與99999999999.999相等。\n");
long double ff15=999999999999.99; // 測試15位的浮點數
printf("ff15=%Lf\n",ff15);
if (ff15==999999999999.99) printf("ff15與999999999999.999相等。\n");
long double ff16=9999999999999.99; // 測試16位的浮點數
printf("ff16=%Lf\n",ff16);
if (ff16==9999999999999.99) printf("ff16與9999999999999.999相等。\n");
long double ff17=99999999999999.99; // 測試17位的浮點數
printf("ff17=%Lf\n",ff17);
if (ff17==99999999999999.99) printf("ff17與99999999999999.999相等。\n");
long double ff18=999999999999999.99; // 測試17位的浮點數
printf("ff18=%Lf\n",ff18);
if (ff18==999999999999999.99) printf("ff17與99999999999999.999相等。\n");
}
運行效果
long double的測試結果與double相同。
4、測試總結
float只能表達6-7位的有效數字,不能用“==”判斷兩個數字是否相等。
double能表達15-16位有效的數字,可以用“==”判斷兩個數字是否相等。
long double佔用的內存是double的兩倍,但表達數據的精度和double相同。
在實際開發中,建議棄用float,只採用double就可以,long double暫時沒有必要,但不知道以後的操作系統和編譯器對long double是否有改進。
四、浮點數的輸出
float採用%f佔位符。
double採用%lf佔位符。測試結果證明,double不可以用%f輸入,但可以用%f輸出,但是不建議採用%f,因爲不同的編譯器可能會有差別。
long double採用%Lf佔位符,注意,L是大寫。
浮點數輸出缺省顯示小數點後六位。
浮點數採用%lf輸出,完整的輸出格式是%m.nlf,指定輸出數據整數部分和小數部分共佔m位,其中有n位是小數。如果數值長度小於m,則左端補空格,若數值長度大於m,則按實際位數輸出。
double ff=70001.538;
printf("ff=%lf=\n",ff); // 輸出結果是ff=70001.538000=
printf("ff=%.4lf=\n",ff); // 輸出結果是ff=70001.5380=
printf("ff=%11.4lf=\n",ff); // 輸出結果是ff= 70001.5380=
printf("ff=%8.4lf=\n",ff); // 輸出結果是ff=70001.5380=
五、常用的庫函數
在接下來的內容中,我只介紹double,不再介紹float和long double兩種數據類型相關的知識。
以下是常用的浮點數函數,必須掌握。
double atof(const char *nptr); // 把字符串nptr轉換爲double
double fabs(double x); // 求雙精度實數x的絕對值
double pow(double x, double y); // 求 x 的 y 次冪(次方)
double round(double x); // double四捨五入
double ceil(double x); // double向上取整數
double floor(double x); // double向下取整數
double fmod(double x,double y); // 求x/y整除後的雙精度餘數
// 把雙精度val分解成整數部分和小數部分,整數部分存放在ip所指的變量中,返回小數部分。
double modf(double val,double *ip);
還有一些數據計算函數,如正弦、對數、指數等,實際開發中極少使用,大家要用的時候再查資料,我就不介紹了。
六、整數轉換爲浮點數
示例(book77.c)
/*
* 程序名:book77.c,此程序測試整數與浮點數的轉換。
* 作者:C語言技術網(www.freecplus.net) 日期:20190525
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
int ii=3;
int jj=4;
double dd;
dd=ii; // 可以
printf("dd is %.2lf\n",dd);
dd=ii/jj; // 不行
printf("dd is %.2lf\n",dd);
dd=(double)ii/jj; // 可以
printf("dd is %.2lf\n",dd);
}
運行效果
需要特別注意的是dd=ii/jj這一行代碼,dd的值0,不是0.75,有點意外,所以,如果對整數轉換爲浮點數沒有把握,加(double)強制轉換是個好辦法。關於數據類型的轉換,在《C語言數據類型轉換》章節中將有更詳細的介紹。
七、應用經驗
浮點數有一些坑,例如兩個浮點數不相等和精度的問題,在實際開發中,我們經常用整數代替浮點數,因爲整數是精確的,效率也更高。
例如人的身高一米七五,以米爲單位,用浮點數表示是1.75米,如果以釐米爲單位,用整數表示是175。
long整數的取值是-9223372036854775808~9223372036854775807,有效數字是19位,而double的有效數字才15-16位,所以,整數可以表達的小數更大的數,更實用,麻煩也更少。
貨幣:1.75元,如果採用0.01元爲單位就是175,採用0.001元爲單位就是1750,如果您說要更多小數怎麼辦?您這是鑽牛角尖。
碼農之道:高水平的程序員不容易掉坑裏,注意,是不容易,不是不會,最好的方法是不要靠近坑。
八、科學計數法
在實際開發中,我們很少使用科學計數法,但是它經常出現在計算機系統中,例如浮點數在內存中的存放方式就是科學計數法,所以我們還是有必要學習科學計數法。
科學記數法是一種記數的方法。把一個數表示成a與10n相乘的形式(1≤|a|<10,n爲整數),這種記數法叫做科學記數法。當我們要書寫或運算某個較大或較小且位數較多時,用科學記數法免去浪費很多空間和時間。
例如:51400000000=5.14×1011,計算機表達10的冪是一般是用E或e,也就是51400000000=5.14E11或5.14e11。
用科學記數法表示數時,不改變數的符號,只是改變數的書寫形式而已,可以方便的表示日常生活中遇到的一些極大或極小的數 。如:光的速度大約是300,000,000米/秒;全世界人口數大約是:6,100,000,000,這樣的數書寫和顯示都很不方便,爲了免去寫這麼多重複的0,將其表現爲這樣的形式:6,100,000,000=6.1×109,即6.1E9或6.1e9。
0.00001=1×10-5,即絕對值小於1的數也可以用科學記數法表示爲a乘10-n的形式。即1E-5或1e-5。
科學計數法採用%e或%E輸出,完整的輸出格式是%m.ne或%m.nE,指定輸出數據整數部分和小數部分共佔m位,其中有n位是小數。如果數值長度小於m,則左端補空格,若數值長度大於m,則按實際位數輸出。
示例(book78.c)
/*
* 程序名:book78.c,此程序測試浮點數據的科學計數法。
* 作者:C語言技術網(www.freecplus.net) 日期:20190525
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
double dd;
dd=123000000;
printf("dd is %.2e\n",dd);
dd=-123000000;
printf("dd is %.2e\n",dd);
dd=0.0000000123;
printf("dd is %.2e\n",dd);
dd=-0.0000000123;
printf("dd is %.2e\n",dd);
}
運行效果
九、課後作業
1)編寫示例程序,類似本章節的book71.c、book73.c、book74.c、book75.c、book77.c、book78.c,編譯並運行它,程序員是寫出來的,不是看出來的,熟能生巧,您每天的付出都有意義。
2)編寫示例程序,測試浮點數賦值超過取值範圍的後果。
3)關於浮點數在內存中的存儲方式,建議大家去百度一下(搜索關鍵字爲C語言浮點數存儲方式),瞭解一下相關的概念。
4)編寫示例程序,測試把浮點數賦給整數變量的結果,並思考原因。
5)本題作業建議在學完《C語言數據類型轉換》後再做,因爲有知識點交叉,重寫浮點數的常用庫函數,實現其功能,函數的聲明如下:
double FABS(const double x); // 求雙精度實數x的絕對值
double ROUND(const double x); // double四捨五入
double CEIL(const double x); // double向上取整數
double FLOOR(const double x); // double向下取整數
// 把雙精度val分解成整數部分和小數部分,整數部分存放在ip所指的變量中,返回小數部分。
double MODF(double val,double *ip);
十、版權聲明
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來源:C語言技術網(www.freecplus.net)
作者:碼農有道
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