详谈javascript精度问题与调整
一个经典的问题:
0.1+0.2==0.3
答案是:false
因为:0.1+0.2=0.30000000000000004
第一次看到这个结果就是无比惊讶,下巴碰到地上,得深入了解下问题出在哪里,该怎么去调整。
产生问题的原因
在JS中数值类型就只有number类型,没有int,float,double之分,number类型实际上存储的就是IEEE754标准的浮点数,计算规则也是。
在表达式计算前,先要按照标准将两个数转成浮点数。
IEEE754规定:
1.32位的浮点数(单精度),最高的1位是符号位S,接着的8位是指数E,剩下的23位为有效数字M。
浮点数的表现形式:
x=(-1)^S*m*2^(e+127)
m=1.M
E=e+127
2.64位的浮点数(双精度),最高的1位是符号位S,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M。
浮点数的表现形式:
x=(-1)^S*m*2^(e+1023)
m=1.M
E=e+1023
我们就按照双精度浮点数的标准转一下看看。
首先按照规则将0.1转成二进制的浮点数。
0.1*2=0.2//0 0.2*2=0.4//00 0.4*2=0.8//000 0.8*2=1.6//0001 0.6*2=1.2//00011 0.2*2=0.4//000110 0.4*2=0.8//0001100 0.8*2=1.6//00011001 0.6*2=1.2//000110011 0.2*2=0.4//0001100110 0.4*2=0.8//00011001100 0.8*2=1.6//000110011001 0.6*2=1.2//0001100110011 0.2*2=0.4//00011001100110 0.4*2=0.8//000110011001100 0.8*2=1.6//0001100110011001 0.6*2=1.2//00011001100110011 //省略
在转换中,会发现小数位的二进制值在不停的重复,转换没完没了了,因为乘不尽啊,不是10的倍数。
转换也不可能一直重复下去,按照标准规格化的要求凑满。
转换结果:
0.00011001100110011001100110011001100110011001100110011001
精度问题产生的第一个原因就在这里诞生了,按照标准算出来的二进制浮点数并不能都精确的表示一个小数,只是无限近似,0.5可以,因为5是10的倍数,转出来的小数位二进制不会重复。
我们看看再转回小数会怎么样,按照公式写成:
0*2^-1+0*2^-2+0*2^-3+1*2^-4+1*2^-5+0*2^-6+0*2^-7+1*2^-8+1*2^-9+0*2^-10+0*2^-11+1*2^-12+1*2^-13+0*2^-14+0*2^-15+1*2^-16+1*2^-17+0*2^-18+0*2^-19+1*2^-20+1*2^-21+0*2^-22+0*2^-23+1*2^-24+1*2^-25+0*2^-26+0*2^-27+1*2^-28+1*2^-29+0*2^-30+0*2^-31+1*2^-32+1*2^-33+0*2^-34+0*2^-35+1*2^-36+1*2^-37+0*2^-38+0*2^-39+1*2^-40+1*2^-41+0*2^-42+0*2^-43+1*2^-44+1*2^-45+0*2^-46+0*2^-47+1*2^-48+1*2^-49+0*2^-50+0*2^-51+1*2^-52+1*2^-53+0*2^-54+0*2^-55+1*2^-56
计算结果:
0.09999999999999999167332731531133
精度就在这里丢了一次。就是转换成小数位的二进制的时候。
按照表现形式的要求,要写成x=(-1)^s*m*2^(e+1023),m=1.M的格式,按照要求尾数m的左边最高位总是1,所以要上面小数二进制结果的小数点进行移动
移动前:
0.00011001100110011001100110011001100110011001100110011001
移动后:
1.1001100110011001100110011001100110011001100110011001*2^-4
小数点右边选取要求的52位,上面的结果因为是提前算好,所以就省略了截取工作。
因为小数点最左侧的最高位总是1,所以它是不用存储的,那么虽然存储的是52位,但实际上可以表示53位的浮点数。
S=0,E=-4+1023=1019,m=1.M=1.1001100110011001100110011001100110011001100110011001,M=1001100110011001100110011001100110011001100110011001
浮点数表示:
x=-1^0*1.1001100110011001100110011001100110011001100110011001*2^1019
浮点数存储值(最高的1位是符号位S,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M):
00011111110111001100110011001100110011001100110011001100110011001
同理0.2的IEEE754的转换后的结果:
浮点数表示:
-1^0*1.1001100110011001100110011001100110011001100110011001*2^1020
浮点数存储值(最高的1位是符号位S,接着的11位是指数E,剩下的52位为有效数字M):
00011111111001001100110011001100110011001100110011001100110011001
接下来,按照IEEE754的加法规则,运算过程为:
1.0操作数的检查。
2.比较阶码大小并对阶。
3.尾数进行加法运算。
4.结果规格化。
5.舍入处理。
6.溢出处理。
按照计算过程,结果规格化、舍入处理、溢出处理都会遭成精度问题。
总结来看,造成精度问题的环节:
1.小数向二进制转换。
2.运算过程中的规格化,舍入、溢出处理。
精度调整
两种方法可以进行调整。
1.使用toFixed函数对小数位进行四舍五入。
但是其返回值是字符串,其参数是0~20之间的值,需要注意。
(0.1+0.2).toFixed(1)//'0.3'
2.无小数运算,运算结果附上小数点
使用该方法,要注意因为要变成整数再计算,对于一个小数点后位数很多的数来运算的时候,要注意溢出。
//加 functionadd(arg1,arg2){ vardigits1,digits2,maxDigits; try{digits1=arg1.toString().split(".")[1].length}catch(e){digits1=0} try{digits2=arg2.toString().split(".")[1].length}catch(e){digits2=0} maxDigits=Math.pow(10,Math.max(digits1,digits2)) return(arg1*maxDigits+arg2*maxDigits)/maxDigits } //减 functionsub(arg1,arg2){ vardigits1,digits2,maxDigits; try{digits1=arg1.toString().split(".")[1].length}catch(e){digits1=0} try{digits2=arg2.toString().split(".")[1].length}catch(e){digits2=0} maxDigits=Math.pow(10,Math.max(digits1,digits2)); return(arg1*maxDigits-arg2*maxDigits)/maxDigits; } //乘 functionmul(arg1,arg2){ vardigits=0,s1=arg1.toString(),s2=arg2.toString(); try{digits+=s1.split(".")[1].length}catch(e){} try{digits+=s2.split(".")[1].length}catch(e){} returnNumber(s1.replace(".",""))*Number(s2.replace(".",""))/Math.pow(10,digits); } //除 functiondiv(arg1,arg2){ varint1=0,int2=0,digits1,digits2; try{digits1=arg1.toString().split(".")[1].length}catch(e){digits1=0} try{digits2=arg2.toString().split(".")[1].length}catch(e){digits2=0} int1=Number(arg1.toString().replace(".","")) int2=Number(arg2.toString().replace(".","")) return(int1/int2)*Math.pow(10,digits2-digits1); }
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