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你應(yīng)該知道PHP浮點數(shù)知識

 更新時間：2015年05月13日 09:04:38   投稿：junjie  
這篇文章主要介紹了你應(yīng)該知道PHP浮點數(shù)知識,本文講解了PHP浮點數(shù)、PHP數(shù)字的臨界值,精度損失等問題,需要的朋友可以參考下

PHP是一種弱類型語言, 這樣的特性, 必然要求有無縫透明的隱式類型轉(zhuǎn)換, PHP內(nèi)部使用zval來保存任意類型的數(shù)值, zval的結(jié)構(gòu)如下(5.2為例):

復(fù)制代碼 代碼如下:

struct _zval_struct {
    /* Variable information */
    zvalue_value value;     /* value */
    zend_uint refcount;
    zend_uchar type;    /* active type */
    zend_uchar is_ref;
};

上面的結(jié)構(gòu)中, 實際保存數(shù)值本身的是zvalue_value聯(lián)合體:
復(fù)制代碼 代碼如下:

typedef union _zvalue_value {
    long lval;                  /* long value */
    double dval;                /* double value */
    struct {
        char *val;
        int len;
    } str;
    HashTable *ht;              /* hash table value */
    zend_object_value obj;
} zvalue_value;

今天的話題, 我們只關(guān)注其中的倆個成員, lval和dval, 我們要意識到, long lval是隨著編譯器, OS的字長不同而不定長的, 它有可能是32bits或者64bits, 而double dval(雙精度)由IEEE 754規(guī)定, 是定長的, 一定是64bits.

請記住這一點, 造就了PHP的一些代碼的”非平臺無關(guān)性”. 我們接下來的討論, 除了特別指明, 都是假設(shè)long為64bits

IEEE 754的浮點計數(shù)法, 我這里就不引用了, 大家有興趣的可以自己查看, 關(guān)鍵的一點是, double的尾數(shù)采用52位bit來保存, 算上隱藏的1位有效位, 一共是53bits.

在這里, 引出一個很有意思的問題, 我們用c代碼舉例(假設(shè)long為64bits):

復(fù)制代碼 代碼如下:

    long a = x;
    assert(a == (long)(double)a);

請問, a的取值在什么范圍內(nèi)的時候, 上面的代碼可以斷言成功?(留在文章最后解答)

現(xiàn)在我們回歸正題, PHP在執(zhí)行一個腳本之前, 首先需要讀入腳本, 分析腳本, 這個過程中也包含著, 對腳本中的字面量進行zval化, 比如對于如下腳本:

復(fù)制代碼 代碼如下:

<?php
$a = 9223372036854775807; //64位有符號數(shù)最大值
$b = 9223372036854775808; //最大值+1
var_dump($a);
var_dump($b);

輸出:
復(fù)制代碼 代碼如下:

int(9223372036854775807)
float(9.22337203685E+18)

也就說, PHP在詞法分析階段, 對于一個字面量的數(shù)值, 會去判斷, 是否超出了當前系統(tǒng)的long的表值范圍, 如果不是, 則用lval來保存, zval為IS_LONG, 否則就用dval表示, zval IS_FLOAT.

凡是大于最大的整數(shù)值的數(shù)值, 我們都要小心, 因為它可能會有精度損失:

復(fù)制代碼 代碼如下:

<?php
$a = 9223372036854775807;
$b = 9223372036854775808;
 
var_dump($a === ($b - 1));

輸出是false.

現(xiàn)在接上開頭的討論, 之前說過, PHP的整數(shù), 可能是32位, 也可能是64位, 那么就決定了, 一些在64位上可以運行正常的代碼, 可能會因為隱形的類型轉(zhuǎn)換, 發(fā)生精度丟失, 從而造成代碼不能正常的運行在32位系統(tǒng)上.

所以, 我們一定要警惕這個臨界值, 好在PHP中已經(jīng)定義了這個臨界值:

復(fù)制代碼 代碼如下:

<?php
    echo PHP_INT_MAX;
 ?>
 

當然, 為了保險起見, 我們應(yīng)該使用字符串來保存大整數(shù), 并且采用比如bcmath這樣的數(shù)學(xué)函數(shù)庫來進行計算.

另外, 還有一個關(guān)鍵的配置, 會讓我們產(chǎn)生迷惑, 這個配置就是php.precision, 這配置決定了PHP再輸出一個float值的時候, 輸出多少有效位.

最后, 我們再來回頭看上面提出的問題, 也就是一個long的整數(shù), 最大的值是多少, 才能保證轉(zhuǎn)到float以后再轉(zhuǎn)回long不會發(fā)生精度丟失?

比如, 對于整數(shù), 我們知道它的二進制表示是, 101, 現(xiàn)在, 讓我們右移倆位, 變成1.01, 舍去高位的隱含有效位1, 我們得到在double中存儲5的二進制數(shù)值為:

復(fù)制代碼 代碼如下:

0/*符號位*/ 10000000001/*指數(shù)位*/ 0100000000000000000000000000000000000000000000000000

5的二進制表示, 絲毫未損的保存在了尾數(shù)部分, 這個情況下, 從double轉(zhuǎn)會回long, 不會發(fā)生精度丟失.

我們知道double用52位表示尾數(shù), 算上隱含的首位1, 一共是53位精度.. 那么也就可以得出, 如果一個long的整數(shù), 值小于:

復(fù)制代碼 代碼如下:

2^53 - 1 == 9007199254740991; //牢記, 我們現(xiàn)在假設(shè)是64bits的long

那么, 這個整數(shù), 在發(fā)生long->double->long的數(shù)值轉(zhuǎn)換時, 不會發(fā)生精度丟失.

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