Question

C ++标准没有讨论float和double类型的底层布局，只讨论它们应该表示的值的范围。（对于签名类型也是如此，这是两个赞美还是别的什么）

我的问题是：用于以可移植方式序列化/反序列化POD类型（如double和float）的技术是什么？目前，似乎唯一的方法就是按字面意思表示值（如“123.456”），double的ieee754布局在所有架构上都不是标准的。

Answer 1

Brian“Beej Jorgensen”Hall在他的Guide to Network Programming中提供了一些代码，以便将float（分别为double）打包到uint32_t（分别为uint64_t）能够通过网络安全地在两台可能不同意其代表的机器之间传输它。它有一些限制，主要是它不支持NaN和无穷大。

这是他的包装功能：

#define pack754_32(f) (pack754((f), 32, 8))
#define pack754_64(f) (pack754((f), 64, 11))

uint64_t pack754(long double f, unsigned bits, unsigned expbits)
{
    long double fnorm;
    int shift;
    long long sign, exp, significand;
    unsigned significandbits = bits - expbits - 1; // -1 for sign bit

    if (f == 0.0) return 0; // get this special case out of the way

    // check sign and begin normalization
    if (f < 0) { sign = 1; fnorm = -f; }
    else { sign = 0; fnorm = f; }

    // 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--; }
    fnorm = fnorm - 1.0;

    // calculate the binary form (non-float) of the significand data
    significand = fnorm * ((1LL<<significandbits) + 0.5f);

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

    // return the final answer
    return (sign<<(bits-1)) | (exp<<(bits-expbits-1)) | significand;
}

Answer 2

人类可读格式出了什么问题。

它比二进制有一些优势：

可读
便携式
这使得支持非常容易（因为你可以要求用户在他们喜欢的编辑器中查看它甚至单词）
很容易修复（或在错误情况下手动调整文件）

缺点：

这不紧凑如果这是一个真正的问题，你可以随时拉链。
提取/生成可能稍慢请注意，二进制格式也可能需要进行规范化（请参阅htonl()）

以完全精度输出双精度：

double v = 2.20;
std::cout << std::setprecision(std::numeric_limits<double>::digits) << v;

行。我不相信这是完全准确的。它可能会失去精确度。

Answer 3

只需将二进制IEEE754表示写入磁盘，并将其记录为存储格式（以及字节顺序）。然后，如果需要，可以将其转换为内部表示。

Answer 4

看看glib 2中的（旧）gtypes.h文件实现 - 它包括以下内容：

#if G_BYTE_ORDER == G_LITTLE_ENDIAN
union _GFloatIEEE754
{
  gfloat v_float;
  struct {
    guint mantissa : 23;
    guint biased_exponent : 8;
    guint sign : 1;
  } mpn;
};
union _GDoubleIEEE754
{
  gdouble v_double;
  struct {
    guint mantissa_low : 32;
    guint mantissa_high : 20;
    guint biased_exponent : 11;
    guint sign : 1;
  } mpn;
};
#elif G_BYTE_ORDER == G_BIG_ENDIAN
union _GFloatIEEE754
{
  gfloat v_float;
  struct {
    guint sign : 1;
    guint biased_exponent : 8;
    guint mantissa : 23;
  } mpn;
};
union _GDoubleIEEE754
{
  gdouble v_double;
  struct {
    guint sign : 1;
    guint biased_exponent : 11;
    guint mantissa_high : 20;
    guint mantissa_low : 32;
  } mpn;
};
#else /* !G_LITTLE_ENDIAN && !G_BIG_ENDIAN */
#error unknown ENDIAN type
#endif /* !G_LITTLE_ENDIAN && !G_BIG_ENDIAN */

glib link

Answer 5

创建一个适当的串行器/反序列化器接口，用于写入/读取它。

接口可以有多个实现，您可以测试您的选项。

如前所述，显而易见的选择是：

IEEE754，如果架构直接支持，则写入/读取二进制块，如果架构不支持则解析它
文字：总是需要解析。
无论你能想到什么，你都能想到。

请记住 - 一旦有了这一层，如果你只支持内部使用这种格式的平台，你总是可以从IEEE754开始。这样，只有当您需要支持不同的平台时，您才会有额外的努力！不要做你不需要的工作。

Answer 6

您应该将它们转换为您始终可以使用的格式，以便重新创建浮动/双打。

这可以使用字符串表示，或者，如果您需要占用较少空间的内容，则以ieee754（或您选择的任何其他格式）表示您的号码，然后解析，就像使用字符串。

Answer 7

我认为答案“取决于”您的特定应用程序及其性能配置文件。

假设你有一个低延迟的市场数据环境，那么使用字符串就是坦率的愚蠢。如果您传达的信息是价格，那么双倍（以及它们的二进制表示）确实很难处理。在那里，如果你真的不关心性能，你想要的是可见性（存储，传输），那么字符串是理想的候选者。

我实际上会选择浮点数/双精度的积分尾数/指数表示 - 即在最早的时候，将float / double转换为一对整数，然后传输它。然后，您只需要担心整数的可移植性以及各种例程（例如hton()例程来为您处理转换）。还将所有内容存储在最流行的平台的endianess中（例如，如果你只使用linux，那么以big endian存储东西的重点是什么？）

Answer 8

SQLite4使用新格式存储双精度数和浮点数

即使在缺乏对IEEE 754 binary64浮点数的支持的平台上，它也能可靠且一致地工作。

通常可以精确地进行货币计算而不进行舍入。

可以准确表示任何有符号或无符号的64位整数。

浮点范围和精度超过IEEE 754 binary64浮点数。

正负无穷大和NaN（非数字）具有明确定义的表示。

来源：

https://sqlite.org/src4/doc/trunk/www/design.wiki

https://sqlite.org/src4/doc/trunk/www/decimal.wiki

Answer 9

找到了这个旧线程。缺少一种解决多种情况的解决方案-使用固定点，在两端使用内置强制转换传递具有已知比例因子的整数。因此，您根本不必理会基础浮点表示。

当然有缺点。该解决方案假定您可以具有固定的缩放比例，并且仍然可以获得特定应用程序所需的范围和分辨率。此外，您在序列化端将浮点转换为固定点，然后在反序列化时转换回固定点，从而引入了两个舍入错误。但是，多年来，我发现固定点几乎可以满足我的所有需求，而且速度也相当快。

固定点的典型情况是嵌入式系统或其他设备的通信协议。

C ++中双/浮点型二进制序列化的可移植性

9 个答案: