c++ - 正确地(独立于 32 位/64 位)将 float 保存到二进制 ofstream

Question

显然在我的机器上，float、double 和 long double 各有不同的大小。似乎也没有严格的标准来强制执行每种类型必须有多少字节。

然后，如何将浮点值保存到二进制文件中，然后在大小不同的情况下在不同的系统上正确读取它？例如，我的机器有 8 个字节的 double ，而乔的有 12 个字节的 double 。

无需以文本形式导出(例如“0.3232”)，也就是说。看起来比二进制表示要紧凑得多。

Answer 1

你必须定义一个格式，并实现它。通常，大多数我知道的网络协议(protocol)使用 IEEE float 和 double，输出 big-endian(但其他格式也是可能的)。使用 IEEE 格式的优势是目前大多数日常机器使用的内部；如果你在其中一台机器上(以及你的便携性代码到其他机器，比如大型机，不是问题)，你可以只需将类型双关转换为 unsigned int 即可“转换”为格式相同的大小，并输出它。因此，例如，您可能有:

obstream&
operator<<( obstream& dest, uint64_t value )
{
    dest.put((value >> 56) & 0xFF);
    dest.put((value >> 48) & 0xFF);
    dest.put((value >> 40) & 0xFF);
    dest.put((value >> 32) & 0xFF);
    dest.put((value >> 24) & 0xFF);
    dest.put((value >> 16) & 0xFF);
    dest.put((value >>  8) & 0xFF);
    dest.put((value      ) & 0xFF);
    return dest;
}

obstream&
operator<<( obstream& dest, double value )
{
    return dest << reinterpret_cast<uint64_t const&>( value );
}

如果您必须移植到不支持 IEEE 的机器(例如任何现代大型机)，你需要一些更复杂的东西:

obstream&
obstream::operator<<( obstream& dest, double value )
{
    bool                isNeg = value < 0;
    if ( isNeg ) {
        value = - value;
    }
    int                 exp;
    if ( value == 0.0 ) {
        exp = 0;
    } else {
        value = ldexp( frexp( value, &exp ), 53 );
        exp += 1022;
    }
    uint64_t mant = static_cast< uint64_t >( value );
    dest.put( (isNeg ? 0x80 : 0x00) | exp >> 4 );
    dest.put( ((exp << 4) & 0xF0) | ((mant >> 48) & 0x0F) );
    dest.put( mant >> 40 );
    dest.put( mant >> 32 );
    dest.put( mant >> 24 );
    dest.put( mant >> 16 );
    dest.put( mant >>  8 );
    dest.put( mant       );
    return dest;
}

(请注意，这不能正确处理 NaN 和无穷大。就个人而言，我会禁止它们出现在格式中，因为不是所有的都 float 点表示支持它们。但是，没有 float 支持 1E306 的 IBM 大型机上的格式，尽管你可以用上面的 IEEE double 格式对其进行编码。)

阅读当然是相反的。要么:

ibstream&
operator>>( ibstream& source, uint64_t& results )
{
    uint64_t value = (source.get() & 0xFF) << 56;
    value |= (source.get() & 0xFF) << 48;
    value |= (source.get() & 0xFF) << 40;
    value |= (source.get() & 0xFF) << 32;
    value |= (source.get() & 0xFF) << 24;
    value |= (source.get() & 0xFF) << 16;
    value |= (source.get() & 0xFF) <<  8;
    value |= (source.get() & 0xFF)      ;
    if ( source )
        results = value;
    return source;
}

ibstream&
operator>>( ibstream& source, double& results)
{
    uint64_t tmp;
    source >> tmp;
    if ( source )
        results = reinterpret_cast<double const&>( tmp );
    return source;
}

或者如果您不能指望 IEEE:

ibstream&
ibstream::operator>>( ibstream& source, double& results )
{
    uint64_t tmp;
    source >> tmp;
    if ( source ) {
        double f = 0.0;
        if ( (tmp & 0x7FFFFFFFFFFFFFFF) != 0 ) {
            f = ldexp( ((tmp & 0x000FFFFFFFFFFFFF) | 0x0010000000000000),
                       static_cast<int>( (tmp & 0x7FF0000000000000) >> 52 )
                                - 1022 - 53 );
        }
        if ( (tmp & 0x8000000000000000) != 0 ) {
            f = -f;
        }
        dest = f;
    }
    return source;
}

(假设输入不是 NaN 或无穷大。)