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聊聊js的運算精度問題

angryTom
angryTom
Nov 25, 2019 pm 05:27 PM
js精確度

聊聊js的運算精度問題

都知道拿js去做運算一定會遇到計算精準的問題（或稱舍入誤差），但是怎麼避開這些坑，這裡是我從網上整理的方案，歡迎探討。

聊聊js的運算精度問題

精準遺失的原因

#電腦的二進位實作和位數限制有些數無法有限表示。就像有些無理數不能有限表示，如 圓周率 3.1415926…，1.3333… 等。 JavaScript 使用 64 位元儲存數字類型，因此超出的會捨去。捨去的部分就是精度遺失的部分。

以下是十進位小數對應的二進位表示

0.1 >> 0.0001 1001 1001 1001…（1001无限循环）
0.2 >> 0.0011 0011 0011 0011…（0011无限循环）

解決方案

如需要更複雜的計算類別庫，可以考慮math.js等知名類別庫

浮點數（小數）

對於小數，前端出現問題的幾率還是很多的，尤其在某些電商網站涉及到金額等資料。解法：把小數放到位整數（乘倍數），再縮小回原來倍數（除倍數）轉換成整數後的運算結果不能超過Math.pow(2,53)

// 0.1 + 0.2
(0.1*10 + 0.2*10) / 10 == 0.3 // true

浮點精準運算

/**
 * floatObj 包含加减乘除四个方法，能确保浮点数运算不丢失精度
 *
 * ** method **
 *  add / subtract / multiply /divide
 *
 * ** explame **
 *  0.1 + 0.2 == 0.30000000000000004 （多了 0.00000000000004）
 *  0.2 + 0.4 == 0.6000000000000001  （多了 0.0000000000001）
 *  19.9 * 100 == 1989.9999999999998 （少了 0.0000000000002）
 *
 * floatObj.add(0.1, 0.2) >> 0.3
 * floatObj.multiply(19.9, 100) >> 1990
 *
 */
var floatObj = function() {
    /*
     * 判断obj是否为一个整数
     */
    function isInteger(obj) {
        return Math.floor(obj) === obj
    }
    /*
     * 将一个浮点数转成整数，返回整数和倍数。如 3.14 >> 314，倍数是 100
     * @param floatNum {number} 小数
     * @return {object}
     *   {times:100, num: 314}
     */
    function toInteger(floatNum) {
        var ret = {times: 1, num: 0}
        if (isInteger(floatNum)) {
            ret.num = floatNum
            return ret
        }
        var strfi  = floatNum + ''
        var dotPos = strfi.indexOf('.')
        var len    = strfi.substr(dotPos+1).length
        var times  = Math.pow(10, len)
        var intNum = parseInt(floatNum * times + 0.5, 10)
        ret.times  = times
        ret.num    = intNum
        return ret
    }
    /*
     * 核心方法，实现加减乘除运算，确保不丢失精度
     * 思路：把小数放大为整数（乘），进行算术运算，再缩小为小数（除）
     *
     * @param a {number} 运算数1
     * @param b {number} 运算数2
     * @param digits {number} 精度，保留的小数点数，比如 2, 即保留为两位小数
     * @param op {string} 运算类型，有加减乘除（add/subtract/multiply/divide）
     *
     */
    function operation(a, b, digits, op) {
        var o1 = toInteger(a)
        var o2 = toInteger(b)
        var n1 = o1.num
        var n2 = o2.num
        var t1 = o1.times
        var t2 = o2.times
        var max = t1 > t2 ? t1 : t2
        var result = null
        switch (op) {
            case 'add':
                if (t1 === t2) { // 两个小数位数相同
                    result = n1 + n2
                } else if (t1 > t2) { // o1 小数位 大于 o2
                    result = n1 + n2 * (t1 / t2)
                } else { // o1 小数位 小于 o2
                    result = n1 * (t2 / t1) + n2
                }
                return result / max
            case 'subtract':
                if (t1 === t2) {
                    result = n1 - n2
                } else if (t1 > t2) {
                    result = n1 - n2 * (t1 / t2)
                } else {
                    result = n1 * (t2 / t1) - n2
                }
                return result / max
            case 'multiply':
                result = (n1 * n2) / (t1 * t2)
                return result
            case 'divide':
                result = (n1 / n2) * (t2 / t1)
                return result
        }
    }
    // 加减乘除的四个接口
    function add(a, b, digits) {
        return operation(a, b, digits, 'add')
    }
    function subtract(a, b, digits) {
        return operation(a, b, digits, 'subtract')
    }
    function multiply(a, b, digits) {
        return operation(a, b, digits, 'multiply')
    }
    function divide(a, b, digits) {
        return operation(a, b, digits, 'divide')
    }
    // exports
    return {
        add: add,
        subtract: subtract,
        multiply: multiply,
        divide: divide
    }
}();

使用方法：

floatTool.add(a,b);//相加
floatTool.subtract(a,b);//相减
floatTool.multiply(a,b);//相乘
floatTool.divide(a,b);//相除

#超大整數

雖然運算結果不超過Math.pow(2,53)的整數（9007199254740992）也可以使用上面的方法，但是如果就是有超過的呢，實際場景中可能會是一些批次號、號段之類的需求，這裡我也找到了一個解決方案，直接上代碼。

線上運算：https://www.shen.ee/math.html

function compare(p, q) {
  while (p[0] === '0') {
    p = p.substr(1);
  }
  while (q[0] === '0') {
    q = q.substr(1);
  }
  if (p.length > q.length) {
    return 1;
  } else if (p.length < q.length) {
    return -1;
  } else {
    let i = 0;
    let a, b;
    while (1) {
      a = parseInt(p.charAt(i));
      b = parseInt(q.charAt(i));
      if (a > b) {
        return 1;
      } else if (a < b) {
        return -1;
      } else if (i === p.length - 1) {
        return 0;
      }
      i++;
    }
  }
}
function divide(A, B) {
  let result = [];
  let max = 9;
  let point = 5;
  let fill = 0;
  if (B.length - A.length > 0) {
    point += fill = B.length - A.length;
  }
  for (let i = 0; i < point; i++) {
    A += &#39;0&#39;;
  }
  let la = A.length;
  let lb = B.length;
  let b0 = parseInt(B.charAt(0));
  let Adb = A.substr(0, lb);
  A = A.substr(lb);
  let temp, r;
  for (let j = 0; j < la - lb + 1; j++) {
    while (Adb[0] === &#39;0&#39;) {
      Adb = Adb.substr(1);
    }
    if (Adb.length === lb) {
      max = Math.ceil((parseInt(Adb.charAt(0)) + 1) / b0); // 不可能取到这个最大值,1<= max <= 10
    } else if (Adb.length > lb) {
      max = Math.ceil((parseInt(Adb.substr(0, 2)) + 1) / b0);
    } else {
      result.push(0);
      Adb += A[0];
      A = A.substr(1);
      continue;
    }
    for (let i = max - 1; i >= 0; i--) {
      if (i === 0) {
        result.push(0);
        Adb += A[0];
        A = A.substr(1);
        break;
      } else {
        temp = temp || multiply(B, i + &#39;&#39;);
        r = compare(temp, Adb);
        if (r === 0 || r === -1) {
          result.push(i);
          if (r) {
            Adb = reduce(Adb, temp);
            Adb += A[0];
          } else {
            Adb = A[0];
          }
          A = A.substr(1);
          break;
        } else {
          temp = reduce(temp, B);
        }
      }
    }
    temp = 0;
  }
  for (let i = 0; i < fill; i++) {
    result.unshift(&#39;0&#39;);
  }
  result.splice(result.length - point, 0, &#39;.&#39;);
  if (!result[0] && result[1] !== &#39;.&#39;) {
    result.shift();
  }
  point = false;
  let position = result.indexOf(&#39;.&#39;);
  for (let i = position + 1; i < result.length; i++) {
    if (result[i]) {
      point = true;
      break;
    }
  }
  if (!point) {
    result.splice(position);
  }
  result = result.join(&#39;&#39;);
  return result;
}
function multiply(A, B) {
  let result = [];
  (A += &#39;&#39;), (B += &#39;&#39;);
  const l = -4; // 以支持百万位精确运算，但速度减半
  let r1 = [],
    r2 = [];
  while (A !== &#39;&#39;) {
    r1.unshift(parseInt(A.substr(l)));
    A = A.slice(0, l);
  }
  while (B !== &#39;&#39;) {
    r2.unshift(parseInt(B.substr(l)));
    B = B.slice(0, l);
  }
  let index, value;
  for (let i = 0; i < r1.length; i++) {
    for (let j = 0; j < r2.length; j++) {
      value = 0;
      if (r1[i] && r2[j]) {
        value = r1[i] * r2[j];
      }
      index = i + j;
      if (result[index]) {
        result[index] += value;
      } else {
        result[index] = value;
      }
    }
  }
  for (let i = result.length - 1; i > 0; i--) {
    result[i] += &#39;&#39;;
    if (result[i].length > -l) {
      result[i - 1] += parseInt(result[i].slice(0, l));
      result[i] = result[i].substr(l);
    }
    while (result[i].length < -l) {
      result[i] = &#39;0&#39; + result[i];
    }
  }
  if (result[0]) {
    result = result.join(&#39;&#39;);
  } else {
    result = &#39;0&#39;;
  }
  return result;
}
function add(A, B) {
  let result = [];
  (A += &#39;&#39;), (B += &#39;&#39;);
  const l = -15;
  while (A !== &#39;&#39; && B !== &#39;&#39;) {
    result.unshift(parseInt(A.substr(l)) + parseInt(B.substr(l)));
    A = A.slice(0, l);
    B = B.slice(0, l);
  }
  A += B;
  for (let i = result.length - 1; i > 0; i--) {
    result[i] += &#39;&#39;;
    if (result[i].length > -l) {
      result[i - 1] += 1;
      result[i] = result[i].substr(1);
    } else {
      while (result[i].length < -l) {
        result[i] = &#39;0&#39; + result[i];
      }
    }
  }
  while (A && (result[0] + &#39;&#39;).length > -l) {
    result[0] = (result[0] + &#39;&#39;).substr(1);
    result.unshift(parseInt(A.substr(l)) + 1);
    A = A.slice(0, l);
  }
  if (A) {
    while ((result[0] + &#39;&#39;).length < -l) {
      result[0] = &#39;0&#39; + result[0];
    }
    result.unshift(A);
  }
  if (result[0]) {
    result = result.join(&#39;&#39;);
  } else {
    result = &#39;0&#39;;
  }
  return result;
}
function reduce(A, B) {
  let result = [];
  (A += &#39;&#39;), (B += &#39;&#39;);
  while (A[0] === &#39;0&#39;) {
    A = A.substr(1);
  }
  while (B[0] === &#39;0&#39;) {
    B = B.substr(1);
  }
  const l = -15;
  let N = &#39;1&#39;;
  for (let i = 0; i < -l; i++) {
    N += &#39;0&#39;;
  }
  N = parseInt(N);
  while (A !== &#39;&#39; && B !== &#39;&#39;) {
    result.unshift(parseInt(A.substr(l)) - parseInt(B.substr(l)));
    A = A.slice(0, l);
    B = B.slice(0, l);
  }
  if (A !== &#39;&#39; || B !== &#39;&#39;) {
    let s = B === &#39;&#39; ? 1 : -1;
    A += B;
    while (A !== &#39;&#39;) {
      result.unshift(s * parseInt(A.substr(l)));
      A = A.slice(0, l);
    }
  }
  while (result.length !== 0 && result[0] === 0) {
    result.shift();
  }
  let s = &#39;&#39;;
  if (result.length === 0) {
    result = 0;
  } else if (result[0] < 0) {
    s = &#39;-&#39;;
    for (let i = result.length - 1; i > 0; i--) {
      if (result[i] > 0) {
        result[i] -= N;
        result[i - 1]++;
      }
      result[i] *= -1;
      result[i] += &#39;&#39;;
      while (result[i].length < -l) {
        result[i] = &#39;0&#39; + result[i];
      }
    }
    result[0] *= -1;
  } else {
    for (let i = result.length - 1; i > 0; i--) {
      if (result[i] < 0) {
        result[i] += N;
        result[i - 1]--;
      }
      result[i] += &#39;&#39;;
      while (result[i].length < -l) {
        result[i] = &#39;0&#39; + result[i];
      }
    }
  }
  if (result) {
    while ((result[0] = parseInt(result[0])) === 0) {
      result.shift();
    }
    result = s + result.join(&#39;&#39;);
  }
  return result;
}

使用方法：不可使用負數，參數最好使用字串

divide(A,B)    // 除法
multiply(A,B)    //乘法
add(A,B)    //加法
reduce(A,B)    //减法

toFixed 的修復

在Firefox / Chrome中，toFixed並不會對於最後一位是5的如願以償的進行四捨五入。 

1.35.toFixed(1) // 1.4 正确
1.335.toFixed(2) // 1.33  错误
1.3335.toFixed(3) // 1.333 错误
1.33335.toFixed(4) // 1.3334 正确
1.333335.toFixed(5)  // 1.33333 错误
1.3333335.toFixed(6) // 1.333333 错误

Firefox 和 Chrome的實作沒有問題，根本原因還是電腦裡浮點數精度遺失問題。

修復方式：

function toFixed(num, s) {
    var times = Math.pow(10, s)
    var des = num * times + 0.5
    des = parseInt(des, 10) / times
    return des + &#39;&#39;
}

這篇文章到這裡就已經全部結束了，更多其他精彩內容可以關注PHP中文網的JavaScript視頻教程欄位！  

以上是聊聊js的運算精度問題的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！

陳述
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