c++ - 在不丢失精度但具有最少位数的情况下格式化 double

Question

在我们的 C++ 代码库中，我们有一个默认的格式化方法来转换 double将浮点数转换为字符串，特别用于 JSON 序列化和调试日志。对于默认的数字格式，我有以下相互矛盾的要求:

支持人类可读性。首选 1000至 1e3或 0.125至 1.25e-1 .

保持精度。首选 3.1415926535897931至 3.14 .

避免十进制数的虚假数字。首选 0.1至 0.10000000000000001 .

到目前为止，我发现的最佳折衷是使用等效的 printf("%.15g", value)格式化。它满足要求 1 和 3 ，但不完全 2 .有大约 4 位的精度损失。
其他人使用基于 "%.17g" 的默认格式, 满足要求 1 和 2 ，但不是 3 .号码 0.2 例如格式为 0.20000000000000001 .
在两者之间，格式 "%.16g"接近满足要求 2 和 3 ，但并不总是适用于两者。
作为说明，我希望 0.3 格式为 0.3 , 但是 0.1+0.2 ，由于四舍五入错误而略大，格式为 0.30000000000000004看到差异。
我编写了以下函数，以我希望的方式格式化浮点数，作为概念证明。然而，从性能的角度来看这是 Not Acceptable ，因为它可以在 double 之间进行多达 34 次转换。和字符串，与 "%.15g" 相比，当前实现的精度增益有限.

std::string doubleToString(double number)
{
    char buffer[32];
    long long intVal = static_cast<long long>(number);
    if(intVal == number)
    {
        sprintf(buffer, "%lld", intVal);
    }
    else
    {
        for(int i=1; i<=17; i++)
        {
            sprintf(buffer, "%.*g", i, number);
            double readBack = atof(buffer);
            if(readBack == number)
                break;
        }
    }
    return buffer;
}

我刚刚意识到 Python 已经按照我想要的方式格式化数字:

$ python3
Python 3.8.6 (default, Oct  8 2020, 14:06:32) 
[Clang 12.0.0 (clang-1200.0.32.2)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> 0.3
0.3
>>> 0.1+0.2
0.30000000000000004
>>> 

有没有办法在不牺牲太多性能的情况下在 C++ 中具有相同的行为？

Answer 1

在 Frodyne 发表评论后，我找到了一个非常简单快速的解决方案。
C++17 std::to_chars默认情况下，函数会格式化浮点数以满足最短往返要求。这意味着所有不同的浮点数在序列化后保持不同，并且最小化要格式化的字符数。
所以转换可以在标准 C++17 中这样写。

#include <charconv>
#include <string>

std::string doubleToString(double number)
{
    char buffer[24];
    std::to_chars_result err = std::to_chars(buffer, buffer+sizeof(buffer), value);
    return std::string(buffer, err.ptr);
}

微软讲座的好消息是，除了解决最短往返问题外，MSVC中的实现速度非常快!它基于令人难以置信的 Ryu algorithm .
坏消息是，在撰写本文时 std::to_chars仅适用于 Microsoft 工具链中的浮点数。 Clang libc++ 和 GCC libstdc++ 中的实现目前仅限于整数。