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关于PHP浮点数你应该知道的(All 'bogus' about the float in PHP)

发布时间:2020-07-27文章类型:转载浏览(4483)




原文地址:https://www.laruence.com/2011/12/19/2399.html

    PHP是一种弱类型语言, 这样的特性, 必然要求有无缝透明的隐式类型转换, PHP内部使用zval来保存任意类型的数值, zval的结构如下(5.2为例):

    1. struct _zval_struct {
    2.     /* Variable information */
    3.     zvalue_value value; /* value */
    4.     zend_uint refcount;
    5.     zend_uchar type; /* active type */
    6.     zend_uchar is_ref;
    7. };

    上面的结构中, 实际保存数值本身的是zvalue_value联合体:

    1. typedef union _zvalue_value {
    2.     long lval; /* long value */
    3.     double dval; /* double value */
    4.     struct {
    5.         char *val;
    6.         int len;
    7.     } str;
    8.     HashTable *ht; /* hash table value */
    9.     zend_object_value obj;
    10. } zvalue_value;

    今天的话题, 我们只关注其中的俩个成员, lval和dval, 我们要意识到, long lval是随着编译器, OS的字长不同而不定长的, 它有可能是32bits或者64bits, 而double dval(双精度)由IEEE 754规定, 是定长的, 一定是64bits.
    请记住这一点, 造就了PHP的一些代码的"非平台无关性". 我们接下来的讨论, 除了特别指明, 都是假设long为64bits
    IEEE 754的浮点计数法, 我这里就不引用了, 大家有兴趣的可以自己查看, 关键的一点是, double的尾数采用52位bit来保存, 算上隐藏的1位有效位, 一共是53bits.
    在这里, 引出一个很有意思的问题, 我们用c代码举例(假设long为64bits):

    1.     long a = x;
    2.     assert(a == (long)(double)a);

    请问, a的取值在什么范围内的时候, 上面的代码可以断言成功?(留在文章最后解答)
    现在我们回归正题, PHP在执行一个脚本之前, 首先需要读入脚本, 分析脚本, 这个过程中也包含着, 对脚本中的字面量进行zval化, 比如对于如下脚本:

    1. <?php
    2. $a = 9223372036854775807; //64位有符号数最大值
    3. $b = 9223372036854775808; //最大值+1
    4. var_dump($a);
    5. var_dump($b);

    输出:

    1. int(9223372036854775807)
    2. float(9.22337203685E+18)

    也就说, PHP在词法分析阶段, 对于一个字面量的数值, 会去判断, 是否超出了当前系统的long的表值范围, 如果不是, 则用lval来保存, zval为IS_LONG, 否则就用dval表示, zval IS_FLOAT.
    凡是大于最大的整数值的数值, 我们都要小心, 因为它可能会有精度损失:

    1. <?php
    2. $a = 9223372036854775807;
    3. $b = 9223372036854775808;
    4. var_dump($a === ($b - 1));

    输出是false.
    现在接上开头的讨论, 之前说过, PHP的整数, 可能是32位, 也可能是64位, 那么就决定了, 一些在64位上可以运行正常的代码, 可能会因为隐形的类型转换, 发生精度丢失, 从而造成代码不能正常的运行在32位系统上.
    所以, 我们一定要警惕这个临界值, 好在PHP中已经定义了这个临界值:

    1. <?php
    2.     echo PHP_INT_MAX;
    3.  ?>

    当然, 为了保险起见, 我们应该使用字符串来保存大整数, 并且采用比如bcmath这样的数学函数库来进行计算.
    另外, 还有一个关键的配置, 会让我们产生迷惑, 这个配置就是php.precision, 这配置决定了PHP再输出一个float值的时候, 输出多少有效位.
    最后, 我们再来回头看上面提出的问题, 也就是一个long的整数, 最大的值是多少, 才能保证转到float以后再转回long不会发生精度丢失?
    比如, 对于整数, 我们知道它的二进制表示是, 101, 现在, 让我们右移俩位, 变成1.01, 舍去高位的隐含有效位1, 我们得到在double中存储5的二进制数值为:

    1. 0/*符号位*/ 10000000001/*指数位*/ 0100000000000000000000000000000000000000000000000000

    5的二进制表示, 丝毫未损的保存在了尾数部分, 这个情况下, 从double转会回long, 不会发生精度丢失.
    我们知道double用52位表示尾数, 算上隐含的首位1, 一共是53位精度.. 那么也就可以得出, 如果一个long的整数, 值小于:

    1. 2^53 - 1 == 9007199254740991; //牢记, 我们现在假设是64bits的long

    那么, 这个整数, 在发生long->double->long的数值转换时, 不会发生精度丢失.

关键字词:All 'bogus' about the float in PHP