Question

我正在编写涉及双精度算术的不同语言的代码。理想情况下，程序需要产生完全相同的值。我知道不是所有的double / float算术都是确定性的（在这里很好地解释：https://randomascii.wordpress.com/2013/07/16/floating-point-determinism/），所以我需要谨慎。有人能解释一下这里发生了什么吗？：

C程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int
main(void) {
    printf("%.52f\n", 1.66007664274403694e-03);
    return (EXIT_SUCCESS);
}

结果：0.0016600766427440369430584832244335302675608545541763

“等效”Java 8程序：

class A {
    public static void main(String args[]) {
        System.out.printf("%.52f\n", 1.66007664274403694e-03D);
    }
}

结果：0.0016600766427440370000000000000000000000000000000000

结果不同。我觉得这可能与浮点舍入模式有关，但是，据我所知，C和Java具有相同的默认值（？）。

如何确保两个程序具有相同的结果？

编辑：

FWIW，如果我将常量打印为BigDecimal：System.out.printf("%.52f\n", new BigDecimal(1.66007664274403694e-03));，我得到：0.0016600766427440369430584832244335302675608545541763。这个可能证明这不是显示问题，但是谁知道JVM在下面做了什么魔术。

EDIT2：

使用strictfp作为@ chris-k建议，我注释了该类，结果仍为0.0016600766427440370000000000000000000000000000000000。

EDIT3：

另一个建议是尝试System.out.printf("%.52f\n", new BigDecimal("1.66007664274403694e-03"));，它会给出我们尚未看到的结果：0.0016600766427440369400000000000000000000000000000000。

Answer 1

我认为这是一个显示问题。 System.out.printf中的精度说明符不允许精度增加到某个点以上（之后，它只打印0位数）。

如果您不太关心打印值，只是希望它们在两者之间相同，请提取符号/尾数/指数并打印它们，例如在Java中：

    long mantissa = Double.doubleToLongBits(f) & 0x000fffffffffffffL;
    long exponent = Double.doubleToLongBits(f) & 0x7ff0000000000000L;
    long sign = Double.doubleToLongBits(f)  & 0x8000000000000000L;

    // Exponent is encoded with a bias, so to see the actual exponent
    // value:
    exponent >>= (13 * 4);
    exponent -= 1023;

    // Leading 1 bit for mantissa isn't stored:
    mantissa |= 0x0010000000000000L;

    if (sign != 0) sign = 1;
    System.out.println("" + sign + "/" + mantissa + "/" + exponent);

对于Java，这会打印：

    0/7655752242860553/-10

等效C代码（适用于x86-64上的GCC）：

#include <string.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char ** argv)
{
    double f = 1.66007664274403694e-03;

    long long doubleBits;
    memcpy(&doubleBits, &f, sizeof(long long));

    long long mantissa = doubleBits & 0x000fffffffffffffLL;
    long long exponent = doubleBits & 0x7ff0000000000000LL;
    long long sign = doubleBits  & 0x8000000000000000LL;

    // Exponent is encoded with a bias, so to see the actual exponent
    // value:
    exponent >>= (13 * 4);
    exponent -= 1023;

    // Leading 1 bit for mantissa isn't stored:
    mantissa |= 0x0010000000000000L;

    if (sign != 0) sign = 1;
    printf("%lld/%lld/%lld\n", sign, mantissa, exponent);

    return 0;
}

在我的机器上，它产生相同的输出。这表明常量的内部表示在两个平台上都是相同的（当然，这在结构和实现中可能并不普遍）。原始程序输出中的差异是由于printf函数的实现不同造成的。（Java版本显然在某个点之后停止计算数字并打印0＆＃39;而可能是为了避免打印浮点常量与在源代码中编写它们的方式不同。）

另一方面，如果这是计算的值而不是常量，那么您可能更难以获得C和Java之间的值来匹配：）

Answer 2

你很可能只有这里的显示问题。但是在计算过程中，Java可以自由地与C的行为不同。

如果在平台上可用，Java可以在浮点计算中自由使用额外的精度。但是，Java确实提供了覆盖，将double声明为strictfp，这将通知JVM限制计算，使其更具可移植性。

您可能还想查看Java中的StrictMath类，它还有一些已在C中实现的实用程序，以实现兼容性。

Answer 3

在Java中使用BigDecimal进行此类操作：

    BigDecimal x = new BigDecimal(1.66007664274403694e-03D);
    System.out.printf(x.toPlainString());

Java中的原始浮点只有4个字节宽。

C和Java之间的双精度差异

3 个答案: