PHP浮点数知识

PHP浮点数知识

 　　这篇文章主要介绍了你应该知道PHP浮点数知识,本文讲解了PHP浮点数、PHP数字的临界值,精度损失等问题,需要的朋友可以参考下

　　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):

　　 代码如下:

　　struct _zval_struct {

　　/* Variable information */

　　zvalue_value value; /* value */

　　zend_uint refcount;

　　zend_uchar type; /* active type */

　　zend_uchar is_ref;

　　};

　　上面的结构中, 实际保存数值本身的是zvalue_value联合体:

　　 代码如下:

　　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):

　　 代码如下:

　　long a = x;

　　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:

　　 代码如下:

　　

　　$a = 9223372036854775807; //64位有符号数最大值

　　$b = 9223372036854775808; //最大值+1

　　var_dump($a);

　　var_dump($b);

　　输出:

　　 代码如下:

　　int(9223372036854775807)

　　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:

　　 代码如下:

　　

　　$a = 9223372036854775807;

　　$b = 9223372036854775808;

　　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:

　　 代码如下:

　　

　　echo PHP_INT_MAX;

　　?>

　　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:

　　 代码如下:

　　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:

　　 代码如下:

　　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.