在C中使用float在H.MMSS和十进制小时之间进行转换

ryhaxcpt 于 2023-06-21 发布在其他

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我正在编写几个函数，以便在十进制小时（2小时30分钟是2.5小时）和H.MMSS格式（其中两个半小时是2.3000）之间进行转换。我最初使用double实现了这些函数，一切工作正常。然而，随着我的嵌入式项目规模的增长，我用完了闪存，不得不转移到浮动。
这里是我的MWE显示的问题

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

float toHMS(float inputTime) {
    float hours = 0;
    float minutes = 0;
    float seconds = 0;
    // get integral part for the hours
    hours = (int)inputTime;
    // transform into decimal minutes
    inputTime -= hours;
    inputTime *= 60;
    // Get the minutes
    minutes = (int)inputTime;
    // Get the seconds
    inputTime -= minutes;
    seconds = (int)(100 * inputTime);
    return hours + minutes/100 + seconds/ 10000;
} 

float toHours (float inputTime) {
    float hours = 0;
    float minutes = 0;
    float seconds = 0;
    // get integral part for the hours
    hours = (int)inputTime;
    inputTime = 100 * (inputTime - hours);
    minutes = (int)inputTime;
    inputTime = inputTime - minutes;
    seconds = 100 * inputTime;
    // normalize to 60
    minutes = minutes / 60;
    seconds = seconds / 3600;
    return hours + minutes + seconds;
}

float toHours2 (float inputTime) {
    float hours = 0;
    float minutes = 0;
    float seconds = 0;
    // get integral part for the hours
    hours = (int)inputTime;
    inputTime = roundf(100 * (inputTime - hours));
    minutes = (int)inputTime;
    inputTime = inputTime - minutes;
    seconds = 100 * inputTime;
    // normalize to 60
    minutes = minutes / 60;
    seconds = seconds / 3600;
    return hours + minutes + seconds;
}

void main(void) {
    float hms = toHMS(2.5f);
    printf("toHMS(2.5f): %.9f\n", hms);
    printf("toHours(toHMS(2.5f)): %.9f\n", toHours(hms));
    printf("\n");
    printf("toHours(2.3f): %.9f\n", toHours(2.3f));
    printf("\n");
    printf("toHours2(2.3f): %.9f\n", toHours2(2.3f));
}

结果是：

toHMS(2.5f): 2.299999952
toHours(toHMS(2.5f)): 2.511111021

toHours(2.3f): 2.511111021

toHours2(2.3f): 2.500000000

在我看来，问题出在toHours（）中，因为2.3在单个精度浮点数中是2.299999952。在toHours 2（）中添加roundf（）解决了这个问题。
这是唯一需要的修复，还是有其他输入数字会导致计算失败？我正在努力寻找一个解决方案，并向自己证明它适用于所有可能的输入数字，而不仅仅是2.3f。
谢谢！

来源：https://stackoverflow.com/questions/76497672/conversion-between-h-mmss-and-decimal-hours-using-float-in-c

2条答案

按热度按时间

jexiocij1#

toHours失败，因为2.30不能以float常用的格式表示，IEEE-754“单精度”（binary 64）。最接近的可表示值是2.2999999523162841796875。您的例程正确地返回近似的十进制时间2小时29分钟99.999523162841796875秒，约为2.5111。但那不是你想这样解释的2.299999523162841796875;你想把它解释为“2.3000”。下面更多关于如何做到这一点。
toHours2在使用roundf时失败。对于2.3050f的输入，它返回约2.516666651，持续2小时31分钟，但正确答案约为2.513888836。
对于合理的时间，您可以将toHours实现为：

float toHours(float inputTime)
{
    long t = lround(inputTime * 1e4);
    int seconds = t % 100;
    int minutes = t / 100 % 100;
    int hours   = t / 10000;
    return (seconds / 60. + minutes) / 60. + hours;
}

只要时间没有增长太大，并且来自一个整数秒的值，lround(inputTime * 1e4)就会有效地恢复数字，修复转换为二进制浮点时发生的舍入。然后，可以使用整数算术将该数字分开。对于超过1，024小时的时间，您可能会看到舍入问题，因为1，024是binary 32格式不能再表示间隔小于0.0001的数字的点（间距为1，024/223，约为0.000122），您需要它来区分“H.MMSS”格式的秒。

赞(0）回复(0）举报 2023-06-21

m3eecexj2#

......或者是否有其他输入数字会使计算出错？
是的。这些是因为重复的圆化而出现的。考虑浮点值刚好低于整数的 * hours *。
相反，最小化舍入并使用整数数学执行大多数计算。
将hours更改为 * H. MMSS *，缩放，舍入，分割为H，M，S。

//Untested code

float toHMS(float inputTime) {
    long long t = llroundf(inputTime * 3600.0f);  // Rounded result
    int sec = t % 60;
    t /= 60;
    int min = t % 60;
    t /= 60;
    t = t * 10000 + min*100 + sec;
    return t/10000.0f; // 2nd Rounding
}

类似的代码将H.MMSS转换为 * hours *。

float toHours(float inputTime) {
    long long t = llroundf(inputTime * 10000.0f);  // Rounded result
    int sec = t % 100;
    t /= 100;
    int min = t % 100;
    t /= 100;
    t = t * 3600 + min*60 + sec;
    return t/3600.0f; // 2nd Rounding
}

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