考虑以下代码：
0.1 + 0.2 == 0.3 -> false
0.1 + 0.2 -> 0.30000000000000004
为什么会出现这些错误？
当前回答
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。
其他回答
它被打破的方式与你在小学学习并每天使用的十进制（以10为基础）表示法完全相同，只是以2为基础。
要理解，请考虑将1/3表示为十进制值。这是不可能做到的！世界将在你写完小数点后的3之前结束，所以我们写了一些地方，认为它足够准确。
以同样的方式，1/10（十进制0.1）不能以2为基数（二进制）精确地表示为“十进制”值；小数点后的重复模式将永远持续下去。该值不精确，因此无法使用常规浮点方法对其进行精确计算。与基数10一样，还有其他值也显示了这个问题。
正常的算术是以10为基数的，所以小数表示十分、百分等。当你试图用二进制2为基数的算术表示浮点数时，你要处理的是半、四、八等。
在硬件中，浮点存储为整数尾数和指数。尾数表示有效数字。指数类似于科学记数法，但它使用的基数是2而不是10。例如，64.0将用尾数1和指数6表示。0.125将用尾数1和指数-3表示。
浮点小数必须加上2的负幂
0.1b = 0.5d
0.01b = 0.25d
0.001b = 0.125d
0.0001b = 0.0625d
0.00001b = 0.03125d
等等
在处理浮点运算时，通常使用误差增量而不是相等运算符。而不是
if(a==b) ...
你会使用
delta = 0.0001; // or some arbitrarily small amount
if(a - b > -delta && a - b < delta) ...
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。
鉴于没有人提到这一点。。。
一些高级语言（如Python和Java）提供了克服二进制浮点限制的工具。例如：
Python的十进制模块和Java的BigDecimal类，它们在内部使用十进制表示法（与二进制表示法相反）表示数字。两者都有有限的精度，因此它们仍然容易出错，但它们解决了二进制浮点运算中最常见的问题。小数在处理金钱时很好：10美分加20美分总是正好是30美分：>>> 0.1 + 0.2 == 0.3错误>>>十进制（'0.1'）+十进制（'0.2'）==十进制（'0.3'）真的Python的十进制模块基于IEEE标准854-1987。Python的分数模块和Apache Common的BigFraction类。两者都将有理数表示为（分子、分母）对，它们可能给出比十进制浮点运算更精确的结果。
这两种解决方案都不是完美的（特别是如果我们考虑性能，或者如果我们需要非常高的精度），但它们仍然解决了二进制浮点运算的大量问题。
存储在计算机中的浮点数由两部分组成，一部分是整数，另一部分是基数乘以整数部分的指数。
如果计算机在基数为10的情况下工作，则0.1将是1 x 10⁻¹，0.2将是2 x 10⁻¹，0.3将是3 x 10⁻¹. 整数运算简单而准确，所以加上0.1+0.2显然会得到0.3。
计算机通常不以10为基数工作，而是以2为基数工作。对于某些值，仍然可以得到精确的结果，例如0.5是1 x 2⁻¹和0.25是1 x 2⁻²，将它们相加，结果为3 x 2⁻²或0.75。确切地
问题是数字可以精确地以10为基数表示，但不能以2为基数。这些数字需要四舍五入到最接近的相等值。假设非常常见的IEEE 64位浮点格式，最接近0.1的数字是3602879701896397 x 2⁻⁵⁵, 最接近0.2的数字是7205759403792794 x 2⁻⁵⁵; 将它们相加，得到10808639105689191 x 2⁻⁵⁵, 或精确的十进制值0.30000000000000000444089209850062616169452667236328125。浮点数通常四舍五入以显示。
