PHP浮点数的一个常见问题

(编辑：jimmy 日期: 2024/10/1 浏览：2)

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):

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:

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):

 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"htmlcode">

<"htmlcode">

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:

<"htmlcode">

<"htmlcode">

<?php
 $f = 0.58;
 var_dump(intval($f * 100)); //为啥输出57
?>



为啥输出是57啊? PHP的bug么?
我相信有很多的同学有过这样的疑问, 因为光问我类似问题的人就很多, 更不用说bugs.php.net上经常有人问…
要搞明白这个原因, 首先我们要知道浮点数的表示(IEEE 754):
浮点数, 以64位的长度(双精度)为例, 会采用1位符号位(E), 11指数位(Q), 52位尾数(M)表示(一共64位).
符号位：最高位表示数据的正负，0表示正数，1表示负数。
指数位：表示数据以2为底的幂，指数采用偏移码表示
尾数：表示数据小数点后的有效数字.
这里的关键点就在于, 小数在二进制的表示, 关于小数如何用二进制表示, 大家可以百度一下, 我这里就不再赘述, 我们关键的要了解, 0.58 对于二进制表示来说, 是无限长的值(下面的数字省掉了隐含的1)..
0.58的二进制表示基本上(52位)是: 0010100011110101110000101000111101011100001010001111

0.57的二进制表示基本上(52位)是: 0010001111010111000010100011110101110000101000111101


而两者的二进制, 如果只是通过这52位计算的话,分别是:
0.58 -> 0.57999999999999996

0.57 -> 0.56999999999999995


至于0.58 * 100的具体浮点数乘法, 我们不考虑那么细, 有兴趣的可以看(Floating point), 我们就模糊的以心算来看… 0.58 * 100 = 57.999999999
那你intval一下, 自然就是57了….
可见, 这个问题的关键点就是: “你看似有穷的小数, 在计算机的二进制表示里却是无穷的”
so, 不要再以为这是PHP的bug了, 这就是这样的…..

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