这个 int 到 C 中的浮点转换有什么问题？

Question

我对以下代码的输出感到困惑：

float a  = 1.32;
int* b;
b= &a;
printf("%d", *b);

这段代码把float变成了int，但是我得到的输出是：1068037571

这与计算机的 IEEE 754 转换能力有关吗？ 谢谢！

Answer 1

您的程序调用了未定义的行为。您只是将float 的表示重新解释为int。您绝对不会将int 转换为float。你不能期待任何特定的行为。

要将 float 转换为 int，您可以使用如下代码：

int b = a;

将float 截断为int。

Answer 2

您正在对代码执行的操作是查看浮点数的存储方式。一个浮点数（通常）在内存中占用 4 个字节，如下（来自维基百科的示例）：

当你运行你的代码时，你假装这些位是一个四字节整数：

float a  = 1.32;
int* b;
b= &a;
printf("%d", *b);

如果您想查看十六进制表示，只需这样做

printf("%08x", *b);

你会得到

3f9d70a4

表示位模式是

00111111100111010111000010100100

分手：

0 01111111 00111010111000010100100

符号位0 指数01111111 分数(1)00111010111000010100100

你会发现那个二进制数

100111010111000010100100 = 10317988

还有那个

10317988.0 / (4096.0*2048.0) = 1.23

更新完整的程序，详细说明如何执行此操作：

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdint.h>

int main(void) {
  float a = 1.23;
  uint32_t *b = (uint32_t *)&a;

  uint32_t signbit;
  uint32_t exponent;
  uint32_t mantissa;
  uint32_t fpAsInt;

  fpAsInt = *b;

  signbit = (fpAsInt & 0x80000000) >> 31;
  exponent = (fpAsInt & 0x7F800000) >> 23 ;
  mantissa = (fpAsInt & 0x007FFFFF) | 0x00800000;
  printf("fpAsInt: 0x%08x\n", fpAsInt);
  printf("sign bit: %d\n", signbit);
  printf("exponent: 0x%02x\n",  exponent);
  printf("mantissa: 0x%03x\n",  mantissa);
  printf("the value is %10f\n", ((signbit == 1)?-1.0:1.0)*mantissa / pow(2.0, (127 - exponent + 23)));
  printf("the original value was %10f\n", a);
}

打印结果

fpAsInt: 0x3f9d70a4
sign bit: 0
exponent: 0x7f
mantissa: 0x9d70a4
the value is 1.2300000191
the original value is 1.2300000191

我在最后一行使用浮点数学似乎是作弊 - 有道理的批评，但这里的重点是展示浮点是如何构造的，而不是如何使用整数数学来提取值。

注意 - 我假设浮点数是 IEEE 4 字节表示。此外，我还包括了一些特定的转换来消除编译器警告。仅当您确定自己知道自己在做什么时才这样做...

更多编辑

有人指出，代码仍然存在未定义的行为。为了解决这个问题，并且仍然让您对上述内容有所了解，让我们再做一次。现在我正在使用位数组和浮点数的联合来“合法地”访问不同的元素 - 并且在使用 -Wall -pedantic 编译时没有收到任何警告。这可能还不够，但这是我所知道的最好的......

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdint.h>

union ieee754_float
  {
    float f;

    /* This is the IEEE 754 single-precision format on a little-endian machine.  */
    struct
      {
        unsigned int mantissa:23;
        unsigned int exponent:8;
        unsigned int negative:1;
      } ieee;
    };

int main(void) {
  float a = 1.23;
  union ieee754_float *pa;
  pa = (union ieee754_float*)&a;

  uint32_t signbit;
  uint32_t exponent;
  uint32_t mantissa;

  signbit = pa->ieee.negative;
  exponent = pa->ieee.exponent;
  mantissa = pa->ieee.mantissa | 0x00800000;
  printf("sign bit: %d\n", signbit);
  printf("exponent: 0x%02x\n",  exponent);
  printf("mantissa: 0x%03x\n",  mantissa);
  printf("the value is %.10f\n", ((signbit == 1)?-1.0:1.0)*mantissa / pow(2.0, (127 - exponent + 23)));
  printf("the original value is %.10f\n", a);
}

Answer 3

StackOverflow 上C 标签中的许多问题都可以通过回到这些基本规则来回答：

• & 接受一个变量并产生一个指针
• * 接受一个指针并产生一个变量

所以你说“取这个浮点变量，让我成为一个指针。现在取那个指针，让我成为一个 int 变量。”你从来没有说过“取这个浮点值并让我成为一个 int 值”。您说“取一个可以转换为浮点变量的指针并将其转换为 int 变量”。当你这样做时会发生什么？这完全由编译器决定。