java精度思考(1)
来源:互联网 发布:ide java vim 编辑:程序博客网 时间:2024/04/30 15:19
问题:
public class FloatDoubleTest { public static void main(String[] args) { float f = 20014999; double d = f; double d2 = 20014999; System.out.println("f=" + f); System.out.println("d=" + d); System.out.println("d2=" + d2); }}
得到的结果如下:
f=2.0015E7
d=2.0015E7
d2=2.0014999E7
从输出结果可以看出double 可以正确的表示20014999 ,而float 没有办法表示20014999 ,得到的只是一个近似值。这样的结果很让人讶异。20014999 这么小的数字在float下没办法表示。于是带着这个问题,做了一次关于float和double学习,做个简单分享,希望有助于大家对java 浮点数的理解。
关于 java 的 float 和 double
Java 语言支持两种基本的浮点类型: float 和 double 。java 的浮点类型都依据IEEE 754 标准。IEEE 754 定义了32位和 64 位双精度两种浮点二进制小数标准。
IEEE 754用科学记数法以底数为 2 的小数来表示浮点数。32位浮点数用 1 位表示数字的符号,用 8 位来表示指数,用 23 位来表示尾数,即小数部分。作为有符号整数的指数可以有正负之分。小数部分用二进制(底数2 )小数来表示。对于64 位双精度浮点数,用1 位表示数字的符号,用 11 位表示指数,52 位表示尾数。如下两个图来表示:
float(32位):
double(64位):
都是分为三个部分:
(1) 一个单独的符号位s 直接编码符号s 。
(2)k 位的幂指数E ,移码表示。
(3)n 位的小数,原码表示。
那么20014999为什么用 float没有办法正确表示?
结合float和double的表示方法,通过分析20014999的二进制表示就可以知道答案了。
以下程序可以得出20014999在double和float下的二进制表示方式。
double d = 20014999;long l = Double.doubleToLongBits(d);System.out.println(Long.toBinaryString(l));float f = 20014999;int i = Float.floatToIntBits(f);System.out.println(Integer.toBinaryString(i));
输出结果如下:
Double:100000101110011000101100111100101110000000000000000000000000000
Float: 1001011100110001011001111001100
对于输出结果分析如下。对于double的二进制左边补上符号位0刚好可以得到64位的二进制数。根据double的表示法,分为符号数、幂指数和尾数三个部分如下:
010000010111 0011000101100111100101110000000000000000000000000000
对于float 左边补上符号位0 刚好可以得到32 位的二进制数。根据float的表示法,也分为符号数、幂指数和尾数三个部分如下:
010010111 00110001011001111001100
绿色部分是符号位,红色部分是幂指数,蓝色部分是尾数。
对比可以得出:符号位都是0 ,幂指数为移码表示,两者刚好也相等。唯一不同的是尾数。
在double 的尾数为:001100010110011110010111 0000000000000000000000000000,省略后面的零,至少需要24位才能正确表示。
而在float 下面尾数为:00110001011001111001100,共 23位。
为什么会这样?原因很明显,因为float尾数 最多只能表示23 位,所以24 位的001100010110011110010111 在float 下面经过四舍五入变成了23 位的00110001011001111001100 。所以20014999 在float 下面变成了20015000 。
也就是说 20014999虽然是在float的表示范围之内,但 在IEEE 754 的float 表示法精度长度没有办法表示出20014999 ,而只能通过四舍五入得到一个近似值。
总结:
浮点运算很少是精确的,只要是超过精度能表示的范围就会产生误差。往往产生误差不是因为数的大小,而是因为数的精度。因此,产生的结果接近但不等于想要的结果。尤其在使用float 和double 作精确运算的时候要特别小心。
可以考虑采用一些替代方案来实现。如通过 String 结合BigDecimal 或者通过使用long 类型来转换。
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