可以在数字计算机中实现的浮点数学必须使用实数的近似值及其运算。（标准版文件长达50多页，并有一个委员会处理其勘误表和进一步完善。）

这种近似是不同类型的近似的混合，每一种都可以被忽略或仔细考虑，因为其偏离精确性的特定方式。它还涉及到许多硬件和软件层面的明确例外情况，大多数人都会走过来假装没有注意到。

如果您需要无限精度（例如，使用数字π，而不是其许多较短的替代项之一），您应该编写或使用符号数学程序。

但是，如果您同意浮点数学有时在值和逻辑上是模糊的，错误可能会很快累积，并且您可以编写需求和测试来考虑这一点，那么您的代码可以经常通过FPU中的内容。

为了好玩，我按照标准C99的定义玩了浮点数的表示，并编写了下面的代码。

代码以3个独立的组打印浮点的二进制表示

SIGN EXPONENT FRACTION

然后，它打印一个和，当以足够的精度求和时，它将显示硬件中真正存在的值。

因此，当你写float x=999…时，编译器会将该数字转换为函数xx打印的位表示，这样函数yy打印的和就等于给定的数字。

事实上，这个总数只是一个近似值。对于数字999999999，编译器将在浮点的位表示中插入数字1000000000

代码之后，我附加了一个控制台会话，在该会话中，我计算硬件中真正存在的两个常量（减去PI和999999999）的项和，并由编译器插入其中。

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

void
xx(float *x)
{
    unsigned char i = sizeof(*x)*CHAR_BIT-1;
    do {
        switch (i) {
        case 31:
             printf("sign:");
             break;
        case 30:
             printf("exponent:");
             break;
        case 23:
             printf("fraction:");
             break;

        }
        char b=(*(unsigned long long*)x&((unsigned long long)1<<i))!=0;
        printf("%d ", b);
    } while (i--);
    printf("\n");
}

void
yy(float a)
{
    int sign=!(*(unsigned long long*)&a&((unsigned long long)1<<31));
    int fraction = ((1<<23)-1)&(*(int*)&a);
    int exponent = (255&((*(int*)&a)>>23))-127;

    printf(sign?"positive" " ( 1+":"negative" " ( 1+");
    unsigned int i = 1<<22;
    unsigned int j = 1;
    do {
        char b=(fraction&i)!=0;
        b&&(printf("1/(%d) %c", 1<<j, (fraction&(i-1))?'+':')' ), 0);
    } while (j++, i>>=1);

    printf("*2^%d", exponent);
    printf("\n");
}

void
main()
{
    float x=-3.14;
    float y=999999999;
    printf("%lu\n", sizeof(x));
    xx(&x);
    xx(&y);
    yy(x);
    yy(y);
}

这里是一个控制台会话，我在其中计算硬件中存在的浮点值的实际值。我使用bc打印主程序输出的项的总和。可以将该和插入python-repl或类似的内容中。

-- .../terra1/stub
@ qemacs f.c
-- .../terra1/stub
@ gcc f.c
-- .../terra1/stub
@ ./a.out
sign:1 exponent:1 0 0 0 0 0 0 fraction:0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1
sign:0 exponent:1 0 0 1 1 1 0 fraction:0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0
negative ( 1+1/(2) +1/(16) +1/(256) +1/(512) +1/(1024) +1/(2048) +1/(8192) +1/(32768) +1/(65536) +1/(131072) +1/(4194304) +1/(8388608) )*2^1
positive ( 1+1/(2) +1/(4) +1/(16) +1/(32) +1/(64) +1/(512) +1/(1024) +1/(4096) +1/(16384) +1/(32768) +1/(262144) +1/(1048576) )*2^29
-- .../terra1/stub
@ bc
scale=15
( 1+1/(2) +1/(4) +1/(16) +1/(32) +1/(64) +1/(512) +1/(1024) +1/(4096) +1/(16384) +1/(32768) +1/(262144) +1/(1048576) )*2^29
999999999.999999446351872

就是这样。999999999的值实际上是

999999999.999999446351872

您也可以通过bc检查-3.14也受到干扰。不要忘记在bc中设置比例因子。

显示的金额是硬件内部的金额。通过计算它获得的值取决于设置的比例。我确实将比例因子设置为15。数学上，以无限的精度，它似乎是1000000000。

浮点舍入错误。由于缺少5的素因子，0.1在基-2中不能像在基-10中那样精确地表示。正如1/3以十进制表示需要无限位数，但以3为基数表示为“0.1”，0.1以2为基数表示，而以10为基数不表示。计算机没有无限的内存。

我刚刚看到了关于浮点数的有趣问题：

考虑以下结果：

error = (2**53+1) - int(float(2**53+1))

>>> (2**53+1) - int(float(2**53+1))
1

当2**53+1时，我们可以清楚地看到一个断点——直到2**53，所有的工作都正常。

>>> (2**53) - int(float(2**53))
0

发生这种情况的原因是双精度二进制：IEEE 754双精度二进制浮点格式：binary64

从维基百科的双精度浮点格式页面：

双精度二进制浮点是PC上常用的格式，因为它的范围比单精度浮点更广，尽管它的性能和带宽成本很高。与单精度浮点格式一样，与相同大小的整数格式相比，它缺少整数的精度。它通常简称为double。IEEE 754标准规定二进制64具有：符号位：1位指数：11位有效精度：53位（显式存储52位）具有给定偏置指数和52位分数的给定64位双精度数据假设的实际值为或

感谢@aguest向我指出了这一点。

这里的大多数答案都用非常枯燥的技术术语来解决这个问题。我想用正常人能够理解的方式来解决这个问题。

想象一下，你正试图把披萨切成薄片。你有一个机器人披萨切割机，可以将披萨切成两半。它可以将整个披萨减半，也可以将现有的披萨减半，但无论如何，减半总是准确的。

那台披萨切割机动作非常精细，如果你从一整块披萨开始，然后将其减半，然后继续每次将最小的披萨片减半，你可以在披萨片太小甚至无法实现高精度功能之前，将其减半53次。此时，您不能再将非常薄的切片减半，但必须按原样包含或排除它。

现在，你如何将所有的切片以这样一种方式分割，使其达到披萨的十分之一（0.1）或五分之一（0.2）？真的想一想，试着解决它。如果你手边有一个神话般的精密披萨切割机，你甚至可以尝试使用真正的披萨

当然，大多数有经验的程序员都知道真正的答案，那就是，无论你切得多细，都无法用这些切片拼凑出十分之一或五分之一的披萨。你可以做一个非常好的近似值，如果你把0.1的近似值和0.2的近似值相加，你会得到非常好的0.3的近似值。

对于双精度数字（允许您将披萨减半53次的精度），小于或大于0.1的数字分别为0.09999999999999999167332731531132594682276248931884765625和0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625。后者比前者更接近0.1，因此，如果输入值为0.1，数字解析器将倾向于后者。

（这两个数字之间的区别是“最小切片”，我们必须决定是否包含，这会引入向上的偏差，或者排除，这会带来向下的偏差。最小切片的技术术语是ulp。）

在0.2的情况下，数字都是相同的，只是放大了2倍。同样，我们赞成略高于0.2的值。

注意，在这两种情况下，0.1和0.2的近似值都有轻微的向上偏差。如果我们加上足够多的这些偏差，它们会将数字推离我们想要的越来越远，事实上，在0.1+0.2的情况下，偏差足够高，从而导致的数字不再是最接近0.3的数字。

特别是，0.1+0.2实际上是0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625+0.0200000000000000011102230246251565404236316680908203125=0.30000000000000000444089209850062616169452667236328125，而最接近0.3的数字实际上是0.29999999999988897769753748434595763683319091796875。

另外，一些编程语言还提供了披萨切割机，可以将披萨切成十分之一。虽然这种披萨切刀并不常见，但如果你有机会切到一个，那么你应该在切到十分之一或五分之一的披萨片非常重要的时候使用它。

（最初发布在Quora上。）

浮点舍入错误。从每个计算机科学家应该知道的浮点运算：

将无限多的实数压缩成有限位数需要近似表示。虽然有无限多的整数，但在大多数程序中，整数计算的结果可以存储在32位中。相反，给定任何固定位数，大多数使用实数的计算将产生无法使用那么多位数精确表示的量。因此，浮点计算的结果必须经常舍入，以适应其有限表示。这种舍入误差是浮点计算的特征。