關(guān)于Java中浮點(diǎn)數(shù)精度丟失

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前幾天有個(gè)同學(xué)在問猜嘱,float數(shù)運(yùn)算的時(shí)候精度出現(xiàn)問題衅枫,比如

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 3;
        float b = 0.9f;
        System.out.print(a * b);
    }
}

按道理來說結(jié)果應(yīng)該是2.7,但是運(yùn)行的結(jié)果卻不是。

-w218

定點(diǎn)數(shù) 和 浮點(diǎn)數(shù)

記得老師上課的時(shí)候講的朗伶,“你們記住弦撩,定點(diǎn)數(shù)就是整數(shù),浮點(diǎn)數(shù)就是下小數(shù)”腕让,當(dāng)時(shí)覺得好像沒有問題孤钦。
在計(jì)算機(jī)中,只有定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)纯丸,沒有整數(shù)和小數(shù)偏形,浮點(diǎn)的“點(diǎn)”是小數(shù)點(diǎn)。 把小數(shù)點(diǎn)固定觉鼻,通常固定在最右面俊扭,就是定點(diǎn)數(shù)。 把小數(shù)點(diǎn)浮動坠陈,就是浮點(diǎn)數(shù)萨惑。

進(jìn)制轉(zhuǎn)換

計(jì)算機(jī)存儲任何數(shù)字都是基于二進(jìn)制,那么浮點(diǎn)數(shù)怎么存儲成二進(jìn)制仇矾?定點(diǎn)庸蔼、浮點(diǎn),“點(diǎn)”是什么意思贮匕?
這個(gè)在 IEEE754 浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)里面定義的,Java遵循了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)姐仅。 過程如下:

  • 第一步:轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制
    十進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制表示形式,通過將整數(shù)部分除2取余、小數(shù)部分乘2取整來完成轉(zhuǎn)換掏膏,所以這里有可能丟失精度

    0.12 =>0.00011110101110000101000111101...
    
  • 第二步:用二進(jìn)制科學(xué)計(jì)算法表示
    將小數(shù)點(diǎn)移動到第一個(gè)1的右邊

0.00011110101110000101000111101...   =>       
1.1110101110000101000111101... * 2 ^ -4
  • 第三步:表示成 IEEE 754 形式
    這里也可能會丟失精度
1   8位             23位               存不下了
0 01111011 11101011100001010001111     (01...)
+ 2的-4次冪 除去整數(shù)部分1之后剩余的尾數(shù)   0舍1入后忽略這部分劳翰,精度就這樣沒了

所以最后我們需要轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的時(shí)候,丟失部分的進(jìn)度就沒辦法回來了

哪些數(shù)能精確表示馒疹?

舉個(gè)例子:0.1 在計(jì)算機(jī)中可以精確表示嗎佳簸?
我們試一下,試著乘2取整把他轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制颖变。

(1)  0.1 x 2 = 0.2  取整數(shù)位 0 得 0.0
(2)  0.2 x 2 = 0.4  取整數(shù)位 0 得 0.00
(3)  0.4 x 2 = 0.8  取整數(shù)位 0 得 0.000
(4)  0.8 x 2 = 1.6  取整數(shù)位 1 得 0.0001
(5)  0.6 x 2 = 0.2  取整數(shù)位 1 得 0.00011
(6)  0.2 x 2 = 0.4  取整數(shù)位 0 得 0.000110
(7)  0.4 x 2 = 0.8  取整數(shù)位 0 得 0.0001100
(8)  0.8 x 2 = 1.6  取整數(shù)位 1 得 0.00011001
(9)  0.6 x 2 = 1.2  取整數(shù)位 1 得 0.000110011
(10) 0.2 x 2 = 0.4  取整數(shù)位 1 得 0.0001100110
(n)...

啊哈生均,返現(xiàn)了沒有,居然在循環(huán)~悼做,所以我們沒辦法求出0.1用二進(jìn)制表示的準(zhǔn)確值疯特,所以在第一步就已經(jīng)丟失了精度
其實(shí)在0.1 ~ 0.9 中,只有0.5能用二進(jìn)制精確表示:

(1)  0.5 x 2 = 1.0  取整數(shù)位 1 得 0.1
(2)  0.0 x 2 = 0.0  取整數(shù)位 0 得 0.10

哈哈肛走,后面繼續(xù)下去就都是0了漓雅,所以0.5的精度并沒有發(fā)生丟失。
所以我們由此可以推出一個(gè)條件
如果一個(gè)十進(jìn)制數(shù)的最后一位是5,那么它可以用二進(jìn)制精確表示朽色。

解決方案

一種思路

針對小數(shù)精度不夠的問題(例如 0.1)邻吞,軟件可以人為的在數(shù)據(jù)最后一位補(bǔ) 5, 也就是 0.15葫男,這樣犧牲一位抱冷,但是可以保證數(shù)據(jù)精度,還原再把那個(gè)尾巴 5 去掉梢褐。

另一種辦法

講道理旺遮,上一種方法我們實(shí)際開發(fā)的時(shí)候采用是不現(xiàn)實(shí)的,float 用 4 個(gè)字節(jié)存儲盈咳,double 用 8 個(gè)字節(jié)存儲耿眉,精度肯定是有限的,但是一般的計(jì)算都足夠了鱼响。
需要高精度計(jì)算的時(shí)候鸣剪,我們可以采用BigDecimal類來計(jì)算。但是速度會比floatdouble慢很多~丈积。

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