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Java浮点数计算精度损失底层原理与解决方案
2017-02-15 08:15:22 】 浏览:2975
Tags:Java 点数 计算 精度 损失 底层 原理 解决方案

  浮点数会有精度损失这个在上大学的时候就已经被告知,但是至今完全没有想明白其中的原由,老师讲的时候也是一笔带过的,自己也没有好好琢磨。终于在工作的时候碰到了,于是google了一番。


问题:


  对两个double类型的值进行运算,有时会出现结果值异常的问题。比如:?


输出:


39.989999999999995
0.33999999999999997
3.3000000000000003
0.12300000000000001


  Java中的简单浮点数类型float和double不能够精确运算。这个问题其实不是JAVA的bug,因为计算机本身是二进制的,而浮点数实际上只是个近似值,所以从二进制转化为十进制浮点数时,精度容易丢失,导致精度下降。


关于精度损失的原理可以很简单的讲,首先一个正整数在计算机中表示使用01010形式表示的,浮点数也不例外。


  比如11,11除以2等于5余1


?


       5除以2等于2余1


?


       2除以2等于1余0


?


       1除以2等于0余1


?


  所以11二进制表示为:1011.


?


  double类型占8个字节,64位,第1位为符号位,后面11位是指数部分,剩余部分是有效数字


?


  正整数除以2肯定会有个尽头的,之后二进制还原成十进制只需要乘以2即可。


?


  举个例子:0.99用的有效数字部分,


?


       0.99 * 2 = 1+0.98 --> 1


?


       0.98 * 2 = 1+0.96 --> 1


?


       0.96 * 2 = 1+0.92 -- >1


?


       0.92 * 2 = 1+0.84 -- >1


?


     ? ? ...............


  这样周而复始是没法有尽头的,而double有效数字有限,所以必定会有损失,所以二进制无法准确表示0.99,就像十进制无法准确表示1/3一样。


解决办法:


  在《Effective Java》中提到一个原则,那就是float和double只能用来作科学计算或者是工程计算,但在商业计算中我们要用java.math.BigDecimal,通过使用BigDecimal类可以解决上述问题,首先需要注意的是,直接使用字符串来构造BigDecimal是绝对没有精度损失的,如果用double或者把double转化成string来构造BigDecimal依然会有精度损失,所以我觉得这种解决方法就是在使用中就把浮点数用string来表示存放,涉及到运算直接用string构造double,否则肯定会有精度损失。


1. 相加


2. 相减


3. 相乘


4. 相除


5. 主函数调用


结果展示如下所示:


? add:5.49959267
? sub:0.78359267
? mul:7.40787551586
? div:1.33231241


所以最好的方法是完全抛弃double,用string和java.math.BigDecimal。


  java遵照IEEE制定的浮点数表示法来进行float,double运算。这种结构是一种科学计数法,用符号、指数和尾数来表示,底数定为2——即把一个浮点数表示为尾数乘以2的指数次方再添上符号。具体底层如何存储以及如何进行运行请继续关注我的博客,后续我会将详情总结好的。


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