C++基本浮点数解析代码与std::atof的结果略有不同

v9tzhpje  于 2023-08-09  发布在  其他
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#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iomanip>
#include <cmath>
using namespace std;

#define LIKELY(expr) (__builtin_expect(!!(expr), 1))
#define UNLIKELY(expr) (__builtin_expect(!!(expr), 0))

bool abscmp(double a, double b)
{
  if (isnan(a) && isnan(b)) return true;
  if (isnan(a) ^ isnan(b)) return false;
  return a == b;
}

template <typename T>
inline __attribute__((always_inline)) T ParseFloat(const char *a) {
  static constexpr T multers[] = {
    0.1, 0.01, 0.001, 0.0001, 0.00001, 0.000001, 0.0000001, 0.00000001, 0.000000001, 0.0000000001, 0.00000000001,
    0.000000000001, 0.0000000000001, 0.00000000000001, 0.000000000000001, 0.0000000000000001, 0.00000000000000001
  };
  static_assert(std::is_floating_point_v<T>);
  int i = (a[0] == '-') | (a[0] == '+');
  T res = 0.0;
  int sign = 1 - 2 * (a[0] == '-');
  if (UNLIKELY(!a[0])) return NAN;

  while (a[i] && a[i] != '.') {
    if (UNLIKELY(a[i] < '0' || a[i] > '9')) {
      return NAN;
    }
    res = res * static_cast<T>(10.0) + a[i] - '0';
    i++;
  }

  if (LIKELY(a[i] != '\0')) {
    i++;
    int j = i;
    //T mult = 0.1;
    while (a[i]) {
      if (UNLIKELY(a[i] < '0' || a[i] > '9')) {
        return NAN;
      }
      res = res + (a[i] - '0') * multers[i - j];
      // res = res + (a[i] - '0') * mult;
      // mult *= 0.1;
      i++;
    }
  }

  return res * sign;
}

int main()
{
  string inputs[] = {
    "31.0911863667",
    "30.9500",
    "225.1293333333",
    "16.4850",
    "29.0507297346",
    "147.9440517474",
    "28.8500",
    "213.4600",
    "212.9105553333",
    "199.1553333333",
    "19.5884123000",
    "3092458.37500000000"
  };

  int n = sizeof(inputs) / sizeof(inputs[0]);
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    float res1 = std::atof(inputs[i].c_str());
    float res2 = ParseFloat<double>(inputs[i].c_str());
    if (!abscmp(res1, res2)) {
      cout << std::fixed << std::setprecision(20) << "CompareConvert " << res1 << " " << res2 << " " << std::string(inputs[i]) << std::endl;
    } else {
      cout << std::fixed << std::setprecision(20) << "Correct " << res1 << std::endl;
    }
  }
}

字符串
我正在编写一个简单的解析器(具有完整的有效性检查),因为std::atof太慢(在我的测试输入中,ParseFast平均快3.2倍-解析CSV文件的GB)。公式很简单,res = res * 10 + (a[i] - '0');。但它给出了略有不同的结果。
我知道这是因为IEEE-754浮点的限制。但是有没有什么便宜的方法可以让ParseFast给予和std::atof完全相同的结果呢?我需要它们完全相同,因为它与使用sha 256 sum而不是fabs(a - b) < epsilon检查相等性的遗留模块进行交互
要运行的命令:g++ -o main main.cpp -O3 -std=c++17,gcc 10.2.0

**编辑:**上次输入错误原因解释:小数部分0.375正好在2个可能值0.50.25之间。但是使用这种解析方法,在数字.3处,由于舍入,中间结果将是3092458.0 + 0.3 == 3092458.25。将0.075添加到其中仍然会给予3092458.25

fdbelqdn

fdbelqdn1#

我推荐使用fast_float库(https://github.com/fastfloat/fast_float)。据称它比strtod快4到10倍(glibc的atod只是strtod的一个简单 Package )。

vhmi4jdf

vhmi4jdf2#

正如您已经正确注意到的,问题是中间结果已经不精确,并且这会增加。例如,中间存储.2已经是不精确的,即使它后面可能跟着5,这将使它成为.25,这将是完全可表示的。
您需要将浮点数的小数部分累加为整数(仍然是浮点数,但没有小数部分),然后在末尾除以一次以调整指数:

// ...
  if (LIKELY(a[i] != '\0')) {
    T fraction = 0; // fractional part as an integer
    T power = 1;    // turns to 1, 10, 100, 1000, ... each loop iteration
    i++;
    while (a[i]) {
      if (UNLIKELY(a[i] < '0' || a[i] > '9')) {
        return NAN;
      }
      // note: additional logic is required to make sure that trailing
      //       zeros in the fraction cannot decrease the precision
      power *= T{10};
      fraction = fraction * T{10} + (a[i] - '0');
      i++;
    }

    // note: 'power' can also be obtained from a look-up table like in
    //       your original code.
    //       Benchmark to make sure that it's actually faster to use a table.
    res += fraction / power; // perform one division in the end, e.g. 375 / 100
  }
  
  return std::copysign(res, sign); // note: prefer copysign over multiplication
}

字符串

即使有了这些变化,使用第三方库可能更好,正如@cpplearner所推荐的那样。像std::strtofstd::to_chars这样的标准库函数可能无法提供最佳性能,并且性能会因标准库而异。
虽然您的解决方案在某些平台上可能会更快,但在浮点乘法和除法更昂贵的平台上,它的性能可能会差得多。浮点数很难。

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