同事用"两个浮点数相等"被说了一顿

TopSemic嵌入式 2021-12-29 08:00


大家好,我是bug菌~

最近进行代码的review过程中看到同事在代码中直接拿浮点数相等来作为条件,其他同事提醒他的时候,他还迷迷糊糊不知道为什么,所以就有了今天这篇文章。

1

浮点数据的不均匀

我们经常会谈到浮点数的精度问题,float-单精度,double-双精度,double类型相比float类型精度更高,相应的需要的内存字节个数也越多,谈到精度的问题,其实也就说明这种数据类型并不能够连续的标识任何的点,整形数就不用说了,小数部分直接不能标识,对于浮点数的一些知识其实bug菌在很早之前就有过介绍过:

【典藏】别怪"浮点数"太坑(C语言版本)

毒王这篇文章基本上可以从浮点数的存储到表意来较好的认识浮点数数据类型,但是中间部分对于浮点数精度部分的介绍并不是很形象,所以今天再详细一点说明一下。

首先我们要认识到通常float类型的变量占据四个字节,而uint32_t的整形类型也是占据四个字节,既然都是四个字节,那他们所能表示的不同数据个数是一样的。

如果不太理解,可以把float看成4个bit,uint32_t也是4个bit,那么他们不管经过什么变换,每个数据类型都只能够标识16个数。

好,如下图以4字节float的数据存储模型所示:

4个字节的浮点数,不像无符号整形所有的bit都是数据区,并且以每个数据之间相差1均匀分布,而浮点数把这4个字节分为了不同的区来起到不同的作用,从而用另外一种方式表达数据。

其指数部分越大,表示的数据就越大,但是尾数部分只能表示到23位,这样的话导致数据的精度就越差,如果不太理解可以用一个较大的数通过上面的转换方式进行换算,便能理解。


所以同样是4个字节,根据浮点数的表示,越接近0就越稠密,越远离0就越稀疏,呈现一种不均匀的数据排列状态,如上图所示,同样它也也不能标识实轴上任意的点。

2

验证一下不均匀

好了,讲了这么多理论,多多少少得来点程序验证一下:

看看上面的代码,这还用说,肯定这两个数相等呀,相减也等于0,然而看一下输出结果:

结果并不相等,并且相差还不少。

其结果也就说明了浮点数在大数的标识精度不好,只能近似标识,同时也说明了为什么一般不使用浮点数相等来进行判断的原因。

这也是为什么有时候明明我们采用直接编码用准确的浮点数,到了浮点数变量里面却损失了精度,因为4个字节的float标识不了,只能近似处理。

3

非要判断相等

由于有些应用非要使用浮点数进行相等的处理,我们不应该直接使用浮点数进行等于号的判断,而是要在一定的误差和精度范围内进行满足。

如上图所示代码是比较常用的处理办法,在往期的文章中,bug菌没有详细的讲解这个误差宏的定义,前面了解到当数据比较大的时候相邻的差值会比较大,这样就存在两个浮点数的差值大于所设置的误差范围而无法判断相等。

所以这样的处理办法来判断浮点数近似相等会存在一些局限性。

那有没有相对更好一点的办法呢?

当然是有的,不然接下来没得写了。

还是要从浮点数的存储和标识出发来处理该问题,既然浮点数天然就存在一定的误差,而有时候计算又无法获得唯一的数值,如下图所示,浮点数计算出来的实轴上的值都会因为浮点数无法存储标识而近似到其相邻的可以标识的数值上。

从浮点的存储模型来看,指数部分代表着浮点数的范围,尾数部分代表着浮点数的精度,那么尾数的最后一位其实就表示了浮点数的当前数值附近的精度。

于是对浮点的近似相等进行了算法上的修改,如下代码所示:

解释一下 : 

如果直接相等,说明浮点数各数据位都相等;而如果不相等可能相邻,于是强制转化为整形,比较尾数最后一位是否不同。

这里使用一个小技巧,采用异或的处理办法,如果其他位都相同,而最后一位不同,结果就等于1认为两个浮点数近似相等。

本文到此结束,我相信大家应该对浮点数有了一个更加深入的了解,面对一些问题心中也会有一些答案,比如浮点数为什么不能作为switch的参数,也是同样的原因。

但总的来说还是建议大家不要判断浮点数相等,非要用也要特别小心。

最后

      好了,今天就跟大家分享这么多了,如果你觉得有所收获,一定记得点个~

最后一个bug,bug菌唯一创作平台~


TopSemic嵌入式 TopSemic,让芯片使用更简单。 专注分享:嵌入式,单片机,STM32,ARM,RTOS,Linux, 软硬件,半导体,电子技术等相关内容。
评论
  • 临近春节,各方社交及应酬也变得多起来了,甚至一月份就排满了各式约见。有的是关系好的专业朋友的周末“恳谈会”,基本是关于2025年经济预判的话题,以及如何稳定工作等话题;但更多的预约是来自几个客户老板及副总裁们的见面,他们为今年的经济预判与企业发展焦虑而来。在聊天过程中,我发现今年的聊天有个很有意思的“点”,挺多人尤其关心我到底是怎么成长成现在的多领域风格的,还能掌握一些经济趋势的分析能力,到底学过哪些专业、在企业管过哪些具体事情?单单就这个一个月内,我就重复了数次“为什么”,再辅以我上次写的:《
    牛言喵语 2025-01-22 17:10 41浏览
  • 2024年是很平淡的一年,能保住饭碗就是万幸了,公司业绩不好,跳槽又不敢跳,还有一个原因就是老板对我们这些员工还是很好的,碍于人情也不能在公司困难时去雪上加霜。在工作其间遇到的大问题没有,小问题还是有不少,这里就举一两个来说一下。第一个就是,先看下下面的这个封装,你能猜出它的引脚间距是多少吗?这种排线座比较常规的是0.6mm间距(即排线是0.3mm间距)的,而这个规格也是我们用得最多的,所以我们按惯性思维来看的话,就会认为这个座子就是0.6mm间距的,这样往往就不会去细看规格书了,所以这次的运气
    wuliangu 2025-01-21 00:15 186浏览
  • Ubuntu20.04默认情况下为root账号自动登录,本文介绍如何取消root账号自动登录,改为通过输入账号密码登录,使用触觉智能EVB3568鸿蒙开发板演示,搭载瑞芯微RK3568,四核A55处理器,主频2.0Ghz,1T算力NPU;支持OpenHarmony5.0及Linux、Android等操作系统,接口丰富,开发评估快人一步!添加新账号1、使用adduser命令来添加新用户,用户名以industio为例,系统会提示设置密码以及其他信息,您可以根据需要填写或跳过,命令如下:root@id
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:14 122浏览
  •  光伏及击穿,都可视之为 复合的逆过程,但是,复合、光伏与击穿,不单是进程的方向相反,偏置状态也不一样,复合的工况,是正偏,光伏是零偏,击穿与漂移则是反偏,光伏的能源是外来的,而击穿消耗的是结区自身和电源的能量,漂移的载流子是 客席载流子,须借外延层才能引入,客席载流子 不受反偏PN结的空乏区阻碍,能漂不能漂,只取决于反偏PN结是否处于外延层的「射程」范围,而穿通的成因,则是因耗尽层的过度扩张,致使跟 端子、外延层或其他空乏区 碰触,当耗尽层融通,耐压 (反向阻断能力) 即告彻底丧失,
    MrCU204 2025-01-17 11:30 182浏览
  • 嘿,咱来聊聊RISC-V MCU技术哈。 这RISC-V MCU技术呢,简单来说就是基于一个叫RISC-V的指令集架构做出的微控制器技术。RISC-V这个啊,2010年的时候,是加州大学伯克利分校的研究团队弄出来的,目的就是想搞个新的、开放的指令集架构,能跟上现代计算的需要。到了2015年,专门成立了个RISC-V基金会,让这个架构更标准,也更好地推广开了。这几年啊,这个RISC-V的生态系统发展得可快了,好多公司和机构都加入了RISC-V International,还推出了不少RISC-V
    丙丁先生 2025-01-21 12:10 112浏览
  • 现在为止,我们已经完成了Purple Pi OH主板的串口调试和部分配件的连接,接下来,让我们趁热打铁,完成剩余配件的连接!注:配件连接前请断开主板所有供电,避免敏感电路损坏!1.1 耳机接口主板有一路OTMP 标准四节耳机座J6,具备进行音频输出及录音功能,接入耳机后声音将优先从耳机输出,如下图所示:1.21.2 相机接口MIPI CSI 接口如上图所示,支持OV5648 和OV8858 摄像头模组。接入摄像头模组后,使用系统相机软件打开相机拍照和录像,如下图所示:1.3 以太网接口主板有一路
    Industio_触觉智能 2025-01-20 11:04 150浏览
  •  万万没想到!科幻电影中的人形机器人,正在一步步走进我们人类的日常生活中来了。1月17日,乐聚将第100台全尺寸人形机器人交付北汽越野车,再次吹响了人形机器人疯狂进厂打工的号角。无独有尔,银河通用机器人作为一家成立不到两年时间的创业公司,在短短一年多时间内推出革命性的第一代产品Galbot G1,这是一款轮式、双臂、身体可折叠的人形机器人,得到了美团战投、经纬创投、IDG资本等众多投资方的认可。作为一家成立仅仅只有两年多时间的企业,智元机器人也把机器人从梦想带进了现实。2024年8月1
    刘旷 2025-01-21 11:15 399浏览
  •     IPC-2581是基于ODB++标准、结合PCB行业特点而指定的PCB加工文件规范。    IPC-2581旨在替代CAM350格式,成为PCB加工行业的新的工业规范。    有一些免费软件,可以查看(不可修改)IPC-2581数据文件。这些软件典型用途是工艺校核。    1. Vu2581        出品:Downstream     
    电子知识打边炉 2025-01-22 11:12 53浏览
  • 数字隔离芯片是一种实现电气隔离功能的集成电路,在工业自动化、汽车电子、光伏储能与电力通信等领域的电气系统中发挥着至关重要的作用。其不仅可令高、低压系统之间相互独立,提高低压系统的抗干扰能力,同时还可确保高、低压系统之间的安全交互,使系统稳定工作,并避免操作者遭受来自高压系统的电击伤害。典型数字隔离芯片的简化原理图值得一提的是,数字隔离芯片历经多年发展,其应用范围已十分广泛,凡涉及到在高、低压系统之间进行信号传输的场景中基本都需要应用到此种芯片。那么,电气工程师在进行电路设计时到底该如何评估选择一
    华普微HOPERF 2025-01-20 16:50 73浏览
  • 本文介绍瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法,开启性能模式后,APK的CPU使用优先级会有所提高。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。源码修改修改源码根目录下文件device/rockchip/rk3562/package_performance.xml并添加以下内容,注意"+"号为添加内容,"com.tencent.mm"为AP
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:09 164浏览
  • 高速先生成员--黄刚这不马上就要过年了嘛,高速先生就不打算给大家上难度了,整一篇简单但很实用的文章给大伙瞧瞧好了。相信这个标题一出来,尤其对于PCB设计工程师来说,心就立马凉了半截。他们辛辛苦苦进行PCB的过孔设计,高速先生居然说设计多大的过孔他们不关心!另外估计这时候就跳出很多“挑刺”的粉丝了哈,因为翻看很多以往的文章,高速先生都表达了过孔孔径对高速性能的影响是很大的哦!咋滴,今天居然说孔径不关心了?别,别急哈,听高速先生在这篇文章中娓娓道来。首先还是要对各位设计工程师的设计表示肯定,毕竟像我
    一博科技 2025-01-21 16:17 100浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦