Warum ist die PHP-Gleitkommaberechnung ungenau?

Bei der PHP-Programmierung kann es zu Problemen mit ungenauen Gleitkommaberechnungen kommen. Wenn Sie die Ursache und Lösung dieses Problems verstehen, können Sie die Zuverlässigkeit und Genauigkeit Ihres Codes verbessern.

1. Ursache des Problems

Gleitkommazahlen sind eine sehr praktische Möglichkeit, Gleitkommazahlen darzustellen, weisen jedoch auch einige Mängel auf. Der Hauptgrund dafür ist, dass Computer Binärzahlen zum Speichern von Zahlen verwenden und nicht alle Gleitkommazahlen genau darstellen können. Dies führt zu Rundungsfehlern und Präzisionsverlusten.

Stellen Sie sich zum Beispiel eine einfache Gleitkommaberechnung vor:

0.1 + 0.2 = 0.3

In PHP lautet das Ergebnis dieses Codes wie folgt:

echo 0.1 + 0.2; //0.30000000000000004

Offensichtlich ist dieses Ergebnis nicht das, was wir erwartet haben. Dies liegt daran, dass 0,1 und 0,2 nicht genau als Binärzahlen dargestellt werden können, was zu Rundungsfehlern führt. Obwohl dieser Fehler normalerweise gering ist, reicht er aus, um einen Genauigkeitsverlust zu verursachen oder bei einigen hochpräzisen Berechnungen Fehler zu verursachen.

2. Lösung

Für das Problem ungenauer Gleitkommaberechnungen können wir die folgenden Lösungen anwenden:

1. Ganzzahlberechnungen verwenden

Bei der Durchführung präziser Berechnungen können Sie zunächst Gleitkommazahlen in Ganzzahlen umwandeln und dann Make Berechnungen. Nach Abschluss der Berechnung wird das Ergebnis wieder in eine Gleitkommazahl umgewandelt.

Betrachten Sie zum Beispiel die folgende Gleitkommaberechnung:

1.23 + 4.56 = 5.79

Gleitkommazahlen können zur Berechnung in ganze Zahlen umgewandelt werden:

$num1 = 123;
$num2 = 456;

$result = ($num1 + $num2) / 100; // 5.79

2. Mit BCMath

PHP bietet eine BCMath-Erweiterung, die zur genauen Berechnung von Zahlen mit beliebiger Genauigkeit verwendet werden kann . Gleitkommaberechnungen können mithilfe der BCMath-Bibliothek durchgeführt werden, die anstelle von Gleitkommazahlen Zeichenfolgen zur Darstellung von Zahlen verwendet.

Zum Beispiel verwenden wir die BCMath-Funktionsbibliothek zur Berechnung von:

$val1 = '0.1';
$val2 = '0.2';

echo bcadd($val1, $val2, 1); // 0.3

In diesem Beispiel verwenden wir die Funktion bcadd(), um eine exakte Gleitkommaaddition durchzuführen.

3. Verwenden Sie die Funktion „round()“

In einigen Fällen kann die Funktion „round()“ verwendet werden, um den Präzisionsfehler zu reduzieren. Die Funktion „round()“ rundet eine Gleitkommazahl auf eine angegebene Anzahl von Dezimalstellen.

Betrachten Sie beispielsweise die folgende Berechnung:

$num1 = 0.1;
$num2 = 0.2;

$result = round($num1 + $num2, 1); // 0.3

In diesem Beispiel wird die Funktion „round()“ verwendet, um das Ergebnis auf eine Dezimalstelle zu runden. Obwohl dadurch der Genauigkeitsfehler nicht vollständig beseitigt wird, liegen die Ergebnisse viel näher an den Erwartungen.

4. Vermeiden Sie den direkten Vergleich von Gleitkommazahlen.

Beim Vergleich von Gleitkommazahlen sollten einige Fehlertoleranzmechanismen verwendet werden. Da die Genauigkeit von Gleitkommazahlen durch Rundungsfehler beeinträchtigt werden kann, ist es im Allgemeinen unzuverlässig, die Werte zweier Gleitkommazahlen direkt zu vergleichen.

Betrachten Sie zum Beispiel den folgenden Gleitkomma-Vergleich:

$val1 = 3.14159265;
$val2 = 3.14159267;

if ($val1 == $val2) {
  echo 'val1 等于 val2';
} else {
  echo 'val1 不等于 val2';
}

In diesem Beispiel vergleichen wir zwei Gleitkommazahlen. Obwohl diese beiden Zahlen nahe beieinander liegen, sind sie nicht gleich. Daher gibt der Code „Wert1 ist nicht gleich Wert2“ aus.

Wenn Sie zwei Gleitkommazahlen vergleichen müssen, können Sie einen Toleranzwert oder Deltawert verwenden. Ein Toleranzwert ist eine kleine Zahl, die einen kleinen Fehler in einer Gleitkommazahl tolerieren kann.

Zum Beispiel können wir einen Delta-Wert definieren, der den maximal zulässigen Genauigkeitsfehler darstellt:

$delta = 0.00000001;

Mit dem Delta-Wert können wir den folgenden Code verwenden, um Gleitkommazahlen zu vergleichen:

$val1 = 3.14159265;
$val2 = 3.14159267;

if (abs($val1 - $val2) < $delta) {
  echo 'val1 等于 val2';
} else {
  echo 'val1 不等于 val2';
}

In diesem Beispiel verwenden wir die abs()-Funktion Berechnen Sie die Differenz zwischen zwei Gleitkommazahlen und vergleichen Sie sie mit dem Delta-Wert. Wenn die Differenz zwischen zwei Zahlen kleiner als der Delta-Wert ist, gelten sie als gleich.

Kurz gesagt, das Problem ungenauer Gleitkommaberechnungen ist ein häufiges Problem. In PHP kann dieses Problem mithilfe von Methoden wie der Ganzzahlarithmetik, der BCMath-Funktionsbibliothek, der Funktion „round()“ und der Delta-Wert-Toleranz gelöst werden. Je nach Situation können unterschiedliche Lösungen gewählt werden.

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