使用浮点数或双精度浮点数而不是整数。

我知道 Lua 的默认实现只使用浮点数,因此可以规避在选择哪种 math 函数的变体之前动态确定数字的子类型的问题。

我的问题是 - 如果我尝试将整数模拟为(双精度或浮点)在标准 C99 中,是否有一种可靠(且简单)的方法来确定可精确表示的最大值是多少?

我的意思是,如果我使用 64 位浮点数表示整数,我肯定无法表示所有 64 位整数(此处应用了鸽巢原理)。我怎样才能确定可表示的最大整数?

(列出所有值不是解决方案 - 例如,如果我在 64 位架构中使用双精度浮点数,我必须列出 2^{64} 个数字)

谢谢!

原文链接 https://stackoverflow.com/questions/6060406

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stackoverflow用户34799
stackoverflow用户34799

对于64位双精度浮点数,能被表示的最大整数是253(9007199254740992),对于32位浮点数,能被表示的最大整数是224(16777216)。可以在IEEE浮点数网页上查看底数数字。

在Lua中验证这一点非常简单:

local maxdouble = 2 ^ 53

--可以准确表示的最大值比真正的最大值小1
print(string.format("%.0f",maxdouble-1)) --> 9007199254740991
--最大值本身可以准确表示
print(string.format("%.0f",maxdouble)) --> 9007199254740992
--超过最大值的数字会向下取整
print(string.format("%.0f",maxdouble+1)) --> 还是9007199254740992

如果没有IEEE定义的字段大小,我们可以根据我们对浮点数的_设计_的了解,使用简单的循环确定这些值:

#include <stddef.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#define min(a, b) (a < b ? a : b)
#define bits(type) (sizeof(type) * 8)
#define testimax(test_t) { \
  uintmax_t in = 1, out = 2; \
  size_t pow = 0, limit = min(bits(test_t), bits(uintmax_t)); \
  while (pow < limit && out == in + 1) { \
    in = in << 1; \
    out = (test_t) in + 1; \
    ++pow; \
  } \
  if (pow == limit) \
    puts(#test_t " is as precise as longest integer type"); \
  else printf(#test_t " conversion imprecise for 2^%d+1:\n" \
    "   in: %llu\n  out: %llu\n\n", pow, in + 1, out); \
}

int main(void)
{
    testimax(float);
    testimax(double);
    return 0;
}

上面代码的输出结果

float conversion imprecise for 2^24+1:
   in: 16777217
  out: 16777216

double conversion imprecise for 2^53+1:
   in: 9007199254740993
  out: 9007199254740992

当然,由于浮点精度的工作方式,64位双精度浮点数可以表示比264大得多的数字,因为浮点指数变为正数。 双精度浮点壳介绍了:

介于252 = 4503599627370496和253 = 9007199254740992之间,可表示的数字恰好是整数。在253到254的下一个范围内,所有内容都会乘以2,因此可表示的数字为偶数,依此类推。反过来,在251到252的范围内,间距为0.5,依此类推。

双精度可以容纳的_绝对最大_值在该页面下面列出:0x7fefffffffffffff,计算为(1 +(1-2 ^ -52))\* 21023,大约为1.7976931348623157e308。

2011-05-19 14:44:56
stackoverflow用户513763
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IEEE浮点数Wikipage 上说:

将原始二进制值转换为十进制,再转换回去可以保留它:

  • 二进制16需要5位十进制数字
  • 二进制32需要9位十进制数字
  • 二进制64需要17位十进制数字
  • 二进制128需要36位十进制数字
2011-05-19 14:50:52
stackoverflow用户596285
stackoverflow用户596285

如果你正在进行从 int 到 float 和再次从 float 到 int 的转换,那么在我的系统上会在 16,777,217 附近出现问题(但是 double 没有任何问题):

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main (void)
{
  long in, out;
  double d;
  float f;

  for (in=0; in < (LONG_MAX); in++) {
    d=in;
    f=in;
    out=d;
    if (in != out) {
      printf ("Double conversion imprecise for %ld\n", in);
    }
    out=f;
    if (in != out) {
      printf ("Float conversion imprecise for %ld\n", in);
    }
  }
  return 0;
}
2011-05-19 15:04:13