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这里有几篇关于 float 及其性质的文章。很明显comparing floats and doubles必须始终谨慎地进行。 Asking for equality也有讨论过,建议明确是远离它。
但是如果有直接赋值怎么办:
double a = 5.4;
double b = a;
假设 a
是任何非 NaN值 - a == b
会是 false 吗?
答案显然是否定的,但我找不到在 C++ 环境中定义此行为的任何标准。 IEEE-754 声明两个具有相等(非 NaN)位集模式的 float 相等。现在是否意味着我可以继续以这种方式比较我的 double 而不必担心可维护性?我是否需要担心其他编译器/操作系统及其对这些行的实现?或者可能是一个编译器优化了一些位并破坏了它们的相等性?
我写了一个小程序,可以永远生成和比较非 NaN 随机 double 值 - 直到找到 a == b
产生 false
的情况。我可以在未来随时随地编译/运行这段代码而不必期待停止吗? (忽略字节序并假设符号、指数和尾数位大小/位置保持不变)。
#include <iostream>
#include <random>
struct double_content {
std::uint64_t mantissa : 52;
std::uint64_t exponent : 11;
std::uint64_t sign : 1;
};
static_assert(sizeof(double) == sizeof(double_content), "must be equal");
void set_double(double& n, std::uint64_t sign, std::uint64_t exponent, std::uint64_t mantissa) {
double_content convert;
memcpy(&convert, &n, sizeof(double));
convert.sign = sign;
convert.exponent = exponent;
convert.mantissa = mantissa;
memcpy(&n, &convert, sizeof(double_content));
}
void print_double(double& n) {
double_content convert;
memcpy(&convert, &n, sizeof(double));
std::cout << "sign: " << convert.sign << ", exponent: " << convert.exponent << ", mantissa: " << convert.mantissa << " --- " << n << '\n';
}
int main() {
std::random_device rd;
std::mt19937_64 engine(rd());
std::uniform_int_distribution<std::uint64_t> mantissa_distribution(0ull, (1ull << 52) - 1);
std::uniform_int_distribution<std::uint64_t> exponent_distribution(0ull, (1ull << 11) - 1);
std::uniform_int_distribution<std::uint64_t> sign_distribution(0ull, 1ull);
double a = 0.0;
double b = 0.0;
bool found = false;
while (!found){
auto sign = sign_distribution(engine);
auto exponent = exponent_distribution(engine);
auto mantissa = mantissa_distribution(engine);
//re-assign exponent for NaN cases
if (mantissa) {
while (exponent == (1ull << 11) - 1) {
exponent = exponent_distribution(engine);
}
}
//force -0.0 to be 0.0
if (mantissa == 0u && exponent == 0u) {
sign = 0u;
}
set_double(a, sign, exponent, mantissa);
b = a;
//here could be more (unmodifying) code to delay the next comparison
if (b != a) { //not equal!
print_double(a);
print_double(b);
found = true;
}
}
}
使用 Visual Studio Community 2017 版本 15.9.5
最佳答案
C++标准在[basic.types]#3中明确规定:
For any trivially copyable type
T
, if two pointers toT
point to distinctT
objectsobj1
andobj2
, where neitherobj1
norobj2
is a potentially-overlapping subobject, if the underlying bytes ([intro.memory]) making upobj1
are copied intoobj2
,obj2
shall subsequently hold the same value asobj1
.
它给出了这个例子:
T* t1p;
T* t2p;
// provided that t2p points to an initialized object ...
std::memcpy(t1p, t2p, sizeof(T));
// at this point, every subobject of trivially copyable type in *t1p contains
// the same value as the corresponding subobject in *t2p
剩下的问题是什么是值
。我们在 [basic.fundamental]#12 中找到(强调我的):
There are three floating-point types:
float
,double
, andlong double
. The typedouble
provides at least as much precision asfloat
, and the typelong double
provides at least as much precision asdouble
. The set of values of the typefloat
is a subset of the set of values of the typedouble
; the set of values of the typedouble
is a subset of the set of values of the typelong double
. The value representation of floating-point types is implementation-defined.
由于 C++ 标准对如何表示浮点值没有进一步的要求,这就是标准的保证,因为赋值只需要保留值([expr.ass]#2 ):
In simple assignment (
=
), the object referred to by the left operand is modified by replacing its value with the result of the right operand.
正如您正确观察到的那样,IEEE-754 要求非 NaN、非零 float 当且仅当它们具有相同的位模式时比较相等。因此,如果您的编译器使用符合 IEEE-754 标准的 float ,您应该会发现非 NaN、非零 float 的赋值会保留位模式。
事实上,你的代码
double a = 5.4;
double b = a;
绝不允许 (a == b)
返回 false。但是,一旦用更复杂的表达式替换 5.4
,这种细微差别就会消失。这不是文章的确切主题,而是https://randomascii.wordpress.com/2013/07/16/floating-point-determinism/提到了几种看起来无辜的代码可以产生不同结果的可能方式(这打破了“与位模式相同”的断言)。特别是,您可能会将 80 位中间结果与 64 位舍入结果进行比较,这可能会产生不等式。
关于c++ - 分配两个 double 保证产生相同的位集模式吗?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/55379715/
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