符点数为什么不能精确存储,比如0.2计算机是不能精确存储的

末蓝、 2022-08-07 08:55 182阅读 0赞

转自：[http://blog.csdn.net/ispeller/article/details/7643348][http_blog.csdn.net_ispeller_article_details_7643348]

C语言贴吧看到的：

![1339075873_4306.png][]

首先，为了让代码清楚一点，把楼主耍小聪明的伎俩去掉：

![1339075996_6428.png][]

**程序**运行的结果是执行了if (a != a) 语句块的内容。

a = a / a 没什么好奇怪的，关于执行的结果我开始是这么认为的：

a = a / a 完了之后a 的值是NaN，表示**不**是任何数（后来我发现，对于大多数环境来说，这个没有定死）。

NaN 的32 位精度储存是这样的：

**符**号位：可以为0 或者1

指数域：0xFF

尾数域：Non zero

而IEEE 754明确规定（摘自维基百科）：

**比较**运算. IEEE754定义了特殊情况： -inf = -inf, inf = inf and x ≠ NaN for any x (including NaN).

这样NaN 自然**不**等于NaN。

我把这个问题放到了群里：

![SouthEast][]

群里的楼兰君如是说，我又很相信楼兰君，就到处查了一下：

**程序**执行了if (a != 1) 语句块的内容，**不**是完全和我想的一样 NaN != NaN

因为计算机没法对浮点型数进行精确的储存，所以对**不**确定值浮**点数**使用 == 和 != 运算**符**都是根本性错误的。

**比较**一个**不**确定浮**点数**有一种办法，就是做减法之后和某一个足够小的值取绝对值做大小**比较**，如果小于该值，那么就可以认为两个浮**点数**是**相等**的。

例如

if (fabs (floatNumber1 - floatNumber2) < 0.0000001) \{

/\* other code \*/

为什么这里说“**不**确定的浮**点数**”呢？你可以运行下面的代码：

#include <stdio.h>
    
    int
    main (void) {
    
            printf ("0.2+0.1-0.1");
            if (0.2+0.1-0.1 < 0.2) {
                    printf (" < ");
            } else if (0.2+0.1-0.1 > 0.2) {
                    printf (" > ");
            } else {
                    printf (" == ");
            }
            printf ("0.2");
    
            getchar ();
            return 0;
    }

我在Windows 7 用gcc 编译的结果：

![1339128840_3974.png][]

然后你再试试这段代码少年，只是修改了一些数值而已：

#include <stdio.h>
    
    int
    main (void) {
    
            printf ("0.5+0.125-0.125");
            if (0.5+0.125-0.125 < 0.5) {
                    printf (" < ");
            } else if (0.5+0.125-0.125 > 0.5) {
                    printf (" > ");
            } else {
                    printf (" == ");
            }
            printf ("0.5");
    
            getchar ();
            return 0;
    }

相同的环境，我的结果是：

![1339128957_4083.png][]

为什么都是看起来相同的数值，两段**程序**的结果就是**不**一样呢？

我们日常使用的是十进制，而计算机内部使用了二进制，十进制用二进制表示的时候，向上取整是一个**不**可避免的问题，我们看到的0.1 和 0.2 实际上是被向上取整的结果，而0.125 和 0.5 则是确定的数值，**不**会向上取整，所以输出了等于。

让我们看看具体的情况：

一个浮**点数** 根据IEEE 754 标准，是如下图存放的（约定俗成右边为低位）：

32位的情况：

![1339080945_3651.png][]

64位的情况：

![1339080980_4465.png][]

NND昨天晚上突然断网了，垃圾学校垃圾网络。

昨晚打了一晚上雷，真害怕我的本本被劈死，幸好学校的网络没有悲剧。

接着说，这里只说32位的：

**符**号位复位代表正，置位就是负。

指数域是用移码表示的,这里会有一个127的偏移量,例如指数是2，那么指数域的值就是127+2 = 129。指数是-1，指数域的值就是127-1 = 126。

尾数域全是小数点之后的数，但是默认省略了一个最高位的1，如果尾数位全是0，其实是 1 0 0 0 ... 0

下面用乘2取整把 0.125 换成浮**点数**表示：

A. 0.125 x 2 = 0.25，取整数部分0，小数部分为0.25

B. 0.25 x 2 = 0.5，取整数部分0，小数部分为0.5

C. 0.5 x 2 = 1.0，取整数部分1，小数部分为0，结束

D. 从第一位开始读数，直到最后一位，得出 0.5 的二进制是0.001b

这时候就可以按照上面的浮**点数**结构把0.0001b 写成浮**点数**了，这里有个重要的问题：0.5 写成二进制是确定的值，相应浮**点数**也是确定的。

为什么这么说呢，你可以用上面的方法把 0.2 化成二进制格式，你会发现一个问题：小数部分无法取到0，算法无法停止，而浮**点数**的位是有限的，那么只**能**保存一个近似的数值。这里的方法和十进制的四舍五入差**不**多，这里是零舍一入。既然0.2 是有取整情况存在的，那么0.1 也必然是要取整的。0.5 只需要用脚趾头想一下就知道，这玩意是可以确定的。

第一个**程序**的两个浮**点数**全部都是无法确定的，只**能**给出近似值，而第二个**程序**的两个浮**点数**全部是可以确定的，当然会得到如图片所示的结果。

所以和楼兰说的一样，**对不确定值的浮点数直接比较是否相等根本就是错误的**。

当然**不**是说楼主的代码有问题，目前已知的环境， a /= a 的结果有两种：NaN == a 或者 0.0 == a，这都是可以直接**比较**的。

[http_blog.csdn.net_ispeller_article_details_7643348]: http://blog.csdn.net/ispeller/article/details/7643348
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[SouthEast]: /images/20220805/08f51b2268b54f2eb5de98bc22b3f217.png
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