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可以存储在 double 中的最大整数

可以存储在 IEEE 754 双精度类型中而不会丢失精度的最大“非浮动”整数是多少?


S
Steve Jessop

可以存储在双精度中而不会丢失精度的最大/最大整数与双精度的最大可能值相同。也就是说,DBL_MAX 或大约 1.8 × 10308(如果您的双精度是 IEEE 754 64 位双精度)。它是一个整数。它被准确地表示出来。你还想要什么?

继续,问我最大的整数是多少,这样它和所有较小的整数都可以存储在 IEEE 64 位双精度中而不会丢失精度。 IEEE 64 位双精度有 52 位尾数,所以我认为是 253:

253 + 1 无法存储,因为开头的 1 和结尾的 1 之间的零太多。

可以存储小于 253 的任何值,其中 52 位显式存储在尾数中,然后有效的指数为您提供另一个。

253 显然可以存储,因为它是 2 的小幂。

或者另一种看待它的方式:一旦从指数中移除偏差,并忽略与问题无关的符号位,double 存储的值是 2 的幂,加上 52 位整数乘以 2exponent - 52。因此,使用指数 52,您可以存储从 252 到 253 - 1 的所有值。然后使用指数 53,您可以在 253 之后存储的下一个数字是 253 + 1 × 253 - 52。因此,精度损失首先发生在 253 + 1。


+1 很好地注意到这个问题并不真正意味着提问者可能的意图并提供两个答案(“技术上正确”和“可能预期”)。
或者我倾向于称它们为“捣乱”和“试图帮助”:-)
我向小马托尼鞠躬,没有其他人。
您的意思不是“所有较小的整数”,而是指所有大小相等或更小的整数。因为在 2^53 以下有很多负整数,不能精确地用双精度表示。
我的意思是更小,这正是我说更小的意思:-) -1,000,000 小于 1,但并不更小。
G
Glenjamin

9007199254740992(即 9,007,199,254,740,992 或 2^53),没有任何保证:)

程序

#include <math.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {
  double dbl = 0; /* I started with 9007199254000000, a little less than 2^53 */
  while (dbl + 1 != dbl) dbl++;
  printf("%.0f\n", dbl - 1);
  printf("%.0f\n", dbl);
  printf("%.0f\n", dbl + 1);
  return 0;
}

结果

9007199254740991
9007199254740992
9007199254740992

假设它将是“接近”但小于 2^N,那么更快的测试是 double dbl = 1; while (dbl + 1 != dbl) dbl *= 2; while (dbl == --dbl);,它会产生相同的结果
@Seph 什么...?不? while (dbl == --dbl) 将永远循环或根本不循环。 :) (在这种情况下,根本不是,因为它是 2^N)。你必须从下面接近它。它确实也会导致比预期结果少一(因为 while 循环中的一检查会减少 dbl)。它取决于执行顺序,如果在评估左侧之前或之后进行减量(据我所知,这是未定义的)。如果是前者,它将永远为真并永远循环。
也许在某处表明 2^53=9,007,199,254,740,992。
这很难反驳!不错的实验
在该 dbl + 1 != dbl 中使用 while (dbl + 1 != dbl) dbl++; 的弱点可以使用 long double 数学进行评估 - 考虑 FLT_EVAL_METHOD == 2。这可能以无限循环结束。
S
Simon Biber

IEEE 754 double(64 位)中可以表示的最大整数与该类型可以表示的最大值相同,因为该值本身就是一个整数。

这表示为 0x7FEFFFFFFFFFFFFF,它由以下部分组成:

符号位 0(正)而不是 1(负)

最大指数 0x7FE(2046 表示减去偏差后的 1023)而不是 0x7FF(2047 表示 NaN 或无穷大)。

最大尾数 0xFFFFFFFFFFFFF,即 52 位全为 1。

在二进制中,该值是隐含的 1,后跟尾数中的另外 52 个 1,然后是指数中的 971 个零 (1023 - 52 = 971)。

确切的十进制值为:

179769313486231570814527423731704356798070567525844996598917476803157260780028538760589558632766878171540458953514382464234321326889464182768467546703537516986049910576551282076245490090389328944075868508455133942304583236903222948165808559332123348274797826204144723168738177180919299881250404026184124858368

这大约是 1.8 x 10308。


如果它和零之间的所有值都可以连续表示,那么它可以表示的最大值呢?
@AaronFranke该问题没有询问连续表示,但是该不同问题的答案已包含在此处的大多数其他答案中,甚至被错误地作为实际答案给出。它是 2⁵³(2 的 53 次方)。
C
Carl Smotricz

Wikipedia 在与 IEEE 754 的链接相同的上下文中这样说:

在典型的计算机系统上,“双精度”(64 位)二进制浮点数具有 53 位的系数(其中一个是隐含的)、11 位的指数和一个符号位。

2^53 刚好超过 9 * 10^15。


@Steve Jessop 或多或少,这确实是我要说的。我还遇到了没有 FPU 仍需要符合 IEEE 标准的硬件系统,因此如果我 8 个月后回到这里并需要相同的信息,那么“典型系统”的东西并不能真正帮助我我的基于 68K 的微控制器(假设它没有 FPU……我不记得了)。
@San Jacinto - “这没用”过于苛刻。答案非常有用,只是不如它包含典型计算机系统确实使用 IEEE 754 表示的评论那么有用。
@Stephen C. Steel,实际上你是对的。在我的情况下,稍后再回到这个问题并寻找 IEEE 最大值,关于“典型系统”是什么是不可能模棱两可的,但除了这个抱怨之外,答案仍然有优点。
D
Dolphin

您需要查看尾数的大小。 IEEE 754 64 位浮点数(有 52 位,隐含加 1)可以精确表示绝对值小于或等于 2^53 的整数。


它也可以精确地表示 2^53 :-)
J
Jay

1.7976931348623157 × 10^308

http://en.wikipedia.org/wiki/Double_precision_floating-point_format


引用这个答案会更好。
@Carl好吧,如果整数左侧有零,那么它会被精确存储。
@all you downvoters:1.7976931348623157 × 10^308 是一个精确的整数。你们都需要参加补习数学课吗?
在讨论这个绝望的沉没答案时,我们在这里讨论语义。诚然,该数字可以准确表示,从而满足问题的字母。但我们都知道,它是一个有惊无险的海洋中的一个精确的小岛,我们中的大多数人都正确地把这个问题插入到了“超过精确度的最大数字”。啊,CompSci 是一门精确的科学,这不是很好吗? :)
@DanMoulding 1.7976931348623157 × 10^308 是一个精确的整数,但我很确定这个特定的整数不能精确地存储在双精度数中。
J
Jan Heldal

确实,对于 64 位 IEEE754 double,可以精确表示直到 9007199254740992 == 2^53 的所有整数。

但是,还值得一提的是,4503599627370496 == 2^52 之外的所有可表示数字都是整数。超过 2^52 之后,测试它们是否为整数就变得毫无意义,因为它们都被隐式四舍五入到附近的可表示值。

在 2^51 到 2^52 的范围内,唯一的非整数值是以“.5”结尾的中点,这意味着计算后的任何整数测试都必须预期产生至少 50% 的错误答案。

在 2^51 以下,我们还有“.25”和“.75”,因此将一个数字与其四舍五入的对应数字进行比较以确定它是否是整数就开始有意义了。

TLDR:如果要测试计算结果是否可能是整数,请避免大于 2251799813685248 == 2^51 的数字


J
Jay Lee

正如其他人所指出的,我将假设 OP 要求最大的浮点值,以便所有小于自身的整数都可以精确表示。

您可以使用 float.h 中定义的 FLT_MANT_DIGDBL_MANT_DIG 来不依赖显式值(例如,53):

#include <stdio.h>
#include <float.h>

int main(void)
{
    printf("%d, %.1f\n", FLT_MANT_DIG, (float)(1L << FLT_MANT_DIG));
    printf("%d, %.1lf\n", DBL_MANT_DIG, (double)(1L << DBL_MANT_DIG));
}

输出:

24, 16777216.0
53, 9007199254740992.0