非正确使用浮点数据由项目产生BUG讨论的问题
乘分配
当小学学会了乘法分配。详细乘法分配:并与多个两个数相乘的,他们能够把这个数字乘以,然后加入。由于一个恒定。乘法分配律也能够使用表达式的定义“(a+b)×c = a×c+b×c”的形式给出。乘法分配律的反用“a×c+b×c = (a+b)×c”相同成立。比如“10.2×(3+7) = 10.2×3+10.2×7 = 102”(反用形式为“10.2×3+10.2×7 = 10.2×(3+7) = 102”)。
计算机世界中的乘法分配律
为了一窥计算机世界中的乘法分配律,本文给出下面实例进行探究。
本例中先将整数24(纪念儿时玩过的名为“24点”的游戏)切割成四个整数的和,此部分操作在GetNumberList()方法中实现,切割后的四个整数保存进结构体变量中。整数24的全部切割结果则保存进List<Number>类型的集合numList中。
接着遍历集合numList。每次遍历中先取出24的四个切割数分别与5相乘再相加(相当于乘法分配律中的a×c+b×c部分)得到结果result1,再将计算的结果result1与24 * 5(相当于乘法分配律中的(a+b)×c部分)的结果result进行比較,相等则输出true,否则输出false。
using System; using System.Collections.Generic; namespace NoticeDetailExp1 { class Program { static void Main(string[] args) { List<Number> numList = new List<Number>(); numList = GetNumberList(); int result = 24 * 5; int result1; foreach (Number n in numList) { result1 = n.Num1 * 5 + n.Num2 * 5 + n.Num3 * 5 + n.Num4 * 5; } Console.WriteLine("n.Num1={0}, n.Num1={1}, n.Num1={2}, n.Num1={3}:result1 == result? {4}", n.Num1, n.Num2, n.Num3, n.Num4, result1 == result); } private static List<Number> GetNumberList() { List<Number> numList = new List<Number>(); for(int i=0; i<=24; i++) for(int j=0; j<=24; j++) for(int k=0; k<=24; k++) for(int l=0; l<=24; l++) if (i + j + k + l == 24) { Number num = new Number(); num.Num1 = i; num.Num2 = j; num.Num3 = k; num.Num4 = l; numList.Add(num); } return numList; } } public struct Number { public int Num1 { get; set; } public int Num2 { get; set; } public int Num3 { get; set; } public int Num4 { get; set; } } }
执行程序,得到下图所看到的结果。
大家从图中能看出什么呢?
【DD(不是“小弟弟”的缩写,至于是什么。你猜):我从图中能够看出。显示结果不全。
作者:呵呵。DD真是观察仔细入微。
结果是不全。可是本人通过拖动滚动栏已经确认全部返回结果都是true】
从结果了解到对于整型数据来说,乘法分配律全然适用。
那么将样例中的整型数据换成Double型数据,结果又会如何呢?
改动实例中的部分代码,其它代码保持不变,以下仅给出改动部分的代码。
//将整数5改动成Double型数183.70833333333334 //将result。result1的类型由int改动成double double result = 24 * 183.70833333333334; double result1; foreach (Number n in numList) { //将整数5改动成Double型数183.70833333333334 result1 = n.Num1 * 183.70833333333334 + n.Num2 * 183.70833333333334 + n.Num3 * 183.70833333333334 + n.Num4 * 183.70833333333334; Console.WriteLine("n.Num1={0}, n.Num1={1}, n.Num1={2}, n.Num1={3}:result1 == result? {4}", n.Num1, n.Num2, n.Num3, n.Num4, result1 == result); }运行改动后的代码,得到下图所看到的的结果。
当然,这里给出的结果也是不全的,只是对说明问题没有不论什么影响。
从图中能够看出,将整型数据换成Double型数据后,返回的结果中出现了相当数量的false,也就是说result与result1不再是绝对地相等了。我们能够通过Debug程序看看当中究竟发生了什么。 以下以图中显示的返回结果为false的第一条数据为例。看看此时的result1的值是多少,为4409.0000000000009。而result的值为4409.0,非常显然将两者进行相等比較。自然会返回false,尽管两者仅相差0.0000000000009,不相等就是不相等。
那么,0.0000000000009的差距是如何产生的呢。
我们知道计算机在计算表达式“result1 = n.Num1 * 183.70833333333334 + n.Num2 * 183.70833333333334 + n.Num3 * 183.70833333333334 + n.Num4 * 183.70833333333334;”的值时。事实上会将运算分解成多步。用代码来表示其运算过程的话,应该与下面代码所看到的的运算过程类似。
double multi1 = n.Num1 * 183.70833333333334; double multi2 = n.Num2 * 183.70833333333334; double multi3 = n.Num3 * 183.70833333333334; double multi4 = n.Num4 * 183.70833333333334; result1 = multi1 + multi2 + multi3 + multi4;
而我们知道,浮点运算是不准确的,由于:计算机在处理浮点数的时候,会先把浮点数(float , double)转换成整数再转换成二进制,然后进行操作,假设有取余,会有不同的取余方式。
再加上运算完毕后,将二进制转换成上层的浮点数时,又会有一些取舍。这样一来,就会使终于的计算结果存在一定的误差。
再回到我们的问题,计算“double result = 24 * 183.70833333333334”会进行一次浮点运算。而计算“result1 = n.Num1 * 183.70833333333334+ n.Num2 * 183.70833333333334+ n.Num3 * 183.70833333333334+ n.Num4 * 183.70833333333334”时至少会进行5次浮点运算或者很多其它(这里有点拿不准)。每一次浮点运算都有可能伴随着误差的发生。所以导致终于看到的结果会随机性地产生一些偏差。
所以,在计算机的世界中。乘法分配律将不再适用。当然假设你对这一点点的损失无动于衷的话,你也能够觉得在计算机世界中乘法分配律相对地适应于浮点运算。
只是。这个问题隐藏的也太深了点吧。
非正确使用浮点型数据导致项目BUG了
在开发过程中要是没有考虑到前文所述的问题,往往会导致一些奇葩的BUG。
以前在项目代码中就看到了与实例代码相差无几的一段代码,代码中相同使用if (result1 == result)来进行条件推断,满足此条件后再进行其它一些操作,项目上线后非常长一段时间都相安无事,突然有一天这段代码产生BUG了,至于BUG原因,就算我不说大家也清楚。
后来花了非常大力气才搞清楚了问题的所在。问题弄清楚后。也才有了本文的产生。
所以本文作者想告诉大家:无论怎么说,开发中。在使用浮点型数据时,我们必须清楚浮点运算的特点,以免产生本文所述的类似的问题。
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