Question

我有一个库，可以以文本形式保存到磁盘上的浮点数据。由于可移植性问题，他们似乎已经完成了这项工作，但是由于磁盘的大量使用，我编写了一个函数来将浮点的二进制表示直接保存到磁盘。我知道这并不能保证100％的可移植性，但我只能在x86（_64）Linux / Windows PC上运行（也可能在Mac和BSD中）。

有没有办法至少检查程序理解的浮点格式是否也适用于系统？我应该期望以二进制形式处理浮点数据有多少不兼容性？

Answer 1

有没有办法至少检查程序理解的浮点格式是否也适用于系统？

测试1：sizeof。测试2：在磁盘文件的标题中保存一个魔术浮点值，并在从磁盘读取二进制数据后检查程序是否具有正确的值。这应该足够安全。

我应该期望以二进制形式处理浮点数据有多少不兼容性？

很少。如果你正在说，你只使用一种硬件架构（x86），你会没事的。如果您拥有一组有限的受支持架构 - 只需测试所有这些架构。在x86上，每个人都将使用硬件浮点，这限制了它们的创造性（几乎根本没有）。即使在架构之间，我所知道的使用IEEE 754浮点的人对于相同的字节序也具有相同的二进制表示。

浮点有一个奇怪的问题，就是它们的二进制磁盘/线上表示没有广泛使用的标准。话虽这么说，我看过的每个人都会做两件事之一：串或者将位模式存储在一个大小相等的整数中，调整字节顺序，粗暴地转换为浮动。

Answer 2

查找二进制可移植性网站。 https://github.com/MalcolmMcLean/ieee754

编写IEEE 754可移植的功能很长，但它只是剪切和粘贴工作。还有一个浮动版本。

/*
* write a double to a stream in ieee754 format regardless of host
*  encoding.
*  x - number to write
*  fp - the stream
*  bigendian - set to write big bytes first, elee write litle bytes
*              first
*  Returns: 0 or EOF on error
*  Notes: different NaN types and negative zero not preserved.
*         if the number is too big to represent it will become infinity
*         if it is too small to represent it will become zero.
*/
int fwriteieee754(double x, FILE *fp, int bigendian)
{
    int shift;
    unsigned long sign, exp, hibits, hilong, lowlong;
    double fnorm, significand;
    int expbits = 11;
    int significandbits = 52;

    /* zero (can't handle signed zero) */
    if (x == 0)
    {
        hilong = 0;
        lowlong = 0;
        goto writedata;
    }
    /* infinity */
    if (x > DBL_MAX)
    {
        hilong = 1024 + ((1 << (expbits - 1)) - 1);
        hilong <<= (31 - expbits);
        lowlong = 0;
        goto writedata;
    }
    /* -infinity */
    if (x < -DBL_MAX)
    {
        hilong = 1024 + ((1 << (expbits - 1)) - 1);
        hilong <<= (31 - expbits);
        hilong |= (1 << 31);
        lowlong = 0;
        goto writedata;
    }
    /* NaN - dodgy because many compilers optimise out this test, but
    *there is no portable isnan() */
    if (x != x)
    {
        hilong = 1024 + ((1 << (expbits - 1)) - 1);
        hilong <<= (31 - expbits);
        lowlong = 1234;
        goto writedata;
    }

    /* get the sign */
    if (x < 0) { sign = 1; fnorm = -x; }
    else { sign = 0; fnorm = x; }

    /* get the normalized form of f and track the exponent */
    shift = 0;
    while (fnorm >= 2.0) { fnorm /= 2.0; shift++; }
    while (fnorm < 1.0) { fnorm *= 2.0; shift--; }

    /* check for denormalized numbers */
    if (shift < -1022)
    {
        while (shift < -1022) { fnorm /= 2.0; shift++; }
        shift = -1023;
    }
    /* out of range. Set to infinity */
    else if (shift > 1023)
    {
        hilong = 1024 + ((1 << (expbits - 1)) - 1);
        hilong <<= (31 - expbits);
        hilong |= (sign << 31);
        lowlong = 0;
        goto writedata;
    }
    else
        fnorm = fnorm - 1.0; /* take the significant bit off mantissa */

    /* calculate the integer form of the significand */
    /* hold it in a  double for now */

    significand = fnorm * ((1LL << significandbits) + 0.5f);


    /* get the biased exponent */
    exp = shift + ((1 << (expbits - 1)) - 1); /* shift + bias */

    /* put the data into two longs (for convenience) */
    hibits = (long)(significand / 4294967296);
    hilong = (sign << 31) | (exp << (31 - expbits)) | hibits;
    x = significand - hibits * 4294967296;
    lowlong = (unsigned long)(significand - hibits * 4294967296);

writedata:
    /* write the bytes out to the stream */
    if (bigendian)
    {
        fputc((hilong >> 24) & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 16) & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 8) & 0xFF, fp);
        fputc(hilong & 0xFF, fp);

        fputc((lowlong >> 24) & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 16) & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 8) & 0xFF, fp);
        fputc(lowlong & 0xFF, fp);
    }
    else
    {
        fputc(lowlong & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 8) & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 16) & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 24) & 0xFF, fp);

        fputc(hilong & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 8) & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 16) & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 24) & 0xFF, fp);
    }
    return ferror(fp);
}

Answer 3

您可以在标题<float.h>，page 46: 5.2.4.2.2 Characteristics of floating types中查看新的（C11）和旧宏。

Answer 4

一般来说，您可以直接读取和写入二进制数据：IEEE754二进制交换格式在几个小众领域之外几乎是标准的。您可以使用__STDC_IEC_559__宏进行检查。

As noted in this question，规范没有指定的一件事是比特到字节的精确映射，因此有可能endianness issues（尽管如果你只使用x86 / x86_64可能不会）。在流的开头包含一个检查浮点值可能是一个好主意（请注意，检查整数的字节顺序是不够的，因为从技术上讲，它可能对整数和浮点具有不同的字节顺序）。

如果您正在编写文本，则需要考虑的另一种选择是hex float format，其读取/写入速度比十进制格式快得多（尽管不如原始二进制交换格式快）。不幸的是，虽然它是IEEE和C-99规范的一部分，但MSVC编译器很难支持它（尽管现在它可能会改变它是C ++的一部分）。

浮点二进制可移植性

4 个答案: