Расстояние с плавающей запятой для двойной длины 80 бит - PullRequest
Новая
       14

Расстояние с плавающей запятой для двойной длины 80 бит

1 голос
/ 28 мая 2020

Для float, double и __float128 у нас есть следующий код, который вычисляет количество представимых между ними: 

int32_t float_distance(float x, float y) {
    static_assert(sizeof(float) == sizeof(int32_t), "float is incorrect size.");
    int32_t xi = *reinterpret_cast<int32_t*>(&x);
    int32_t yi = *reinterpret_cast<int32_t*>(&y);
    return yi - xi;
}

int64_t float_distance(double x, double y) {
    static_assert(sizeof(double) == sizeof(int64_t), "double is incorrect size.");
    int64_t xi = *reinterpret_cast<int64_t*>(&x);
    int64_t yi = *reinterpret_cast<int64_t*>(&y);
    return yi - xi;
}


__int128_t float_distance(__float128 x, __float128 y) {
    static_assert(sizeof(__float128) == sizeof(__int128_t), "quad is incorrect size.");
    __int128_t xi = *reinterpret_cast<__int128_t*>(&x);
    __int128_t yi = *reinterpret_cast<__int128_t*>(&y);
    return yi - xi;
}

(Этот код работает для x, y> 0 , для наглядности мы не имеем дело с общим случаем.)

Нет int80_t, так какой аналогичный код для long double? В отчаянии я попробовал оба типа возвращаемых значений __int128_t и __int64_t, но без особого удовольствия.

Edit: похоже, что это не известное свойство чисел с плавающей запятой IEEE-754. Вот хорошее чтение для тех, кто задается вопросом, почему это работает.

1 Ответ

1 голос
/ 29 мая 2020

Вы можете сделать это, используя свойства представления с плавающей запятой, предоставленные в шаблоне numeric_limits заголовка <numeric> и подпрограммах в <cmath>. Проверка битов, представляющих значения, не требуется. Вот пример кода на C ++. 

#include <cmath>
#include <cstdint>

#include <numeric>


/*  Return the signed distance from 0 to x, measuring distance as one unit per
    number representable in FPType.  x must be a finite number.
*/
template<typename FPType> intmax_t ToOrdinal(FPType x)
{
    static const int
        Radix             = std::numeric_limits<FPType>::radix,
        SignificandDigits = std::numeric_limits<FPType>::digits,
        MinimumExponent   = std::numeric_limits<FPType>::min_exponent;

    //  Number of normal representable numbers for each exponent.
    static const intmax_t
        NumbersPerExponent = scalbn(Radix-1, SignificandDigits-1);

    static_assert(std::numeric_limits<FPType>::has_denorm == std::denorm_present,
        "This code presumes floating-point type has subnormal numbers.");

    if (x == 0)
        return 0;

    //  Separate the sign.
    int sign = std::signbit(x) ? -1 : +1;
    x = std::fabs(x);

    //  Separate the significand and exponent.
    int exponent = std::ilogb(x)+1;
    FPType fraction = std::scalbn(x, -exponent);

    if (exponent < MinimumExponent)
    {
        //  For subnormal x, adjust to its subnormal representation.
        fraction = std::scalbn(fraction, exponent - MinimumExponent);
        exponent = MinimumExponent;
    }

    /*  Start with the number of representable numbers in preceding normal
        exponent ranges.
    */
    intmax_t count = (exponent - MinimumExponent) * NumbersPerExponent;

    /*  For subnormal numbers, fraction * radix ** SignificandDigits is the
        number of representable numbers from 0 to x.  For normal numbers,
        (fraction-1) * radix ** SignificandDigits is the number of
        representable numbers from the start of x's exponent range to x, and
        1 * radix ** SignificandDigits is the number of representable subnormal
        numbers (which we have not added into count yet).  So, in either case,
        adding fraction * radix ** SignificandDigits is the desired amount to
        add to count.
    */
    count += (intmax_t) std::scalbn(fraction, SignificandDigits);

    return sign * count;
}


/*  Return the number of representable numbers from x to y, including one
    endpoint.
*/
template<typename FPType> intmax_t Distance(FPType y, FPType x)
{
    return ToOrdinal(y) - ToOrdinal(x);
}


#include <iomanip>
#include <iostream>


template<typename FPType> static void Try(FPType x)
{
    std::cout << x << " -> " << ToOrdinal(x) << ".\n";
}


int main(void)
{
    Try(0.f);
    Try(0x1p-149f);
    Try(0x1p-127f);
    Try(0x1p-126f);
    Try(0x1p-126f + 0x1p-149f);
    Try(1.f);
    Try(1.5f);
    Try(0.l);
    Try(1.l);
    Try(1.5l);

    //  Test from 3 steps below 4 to 5 steps above 4.
    float x = 4, y = x;
    for (int i = 0; i < 3; ++i)
        x = std::nexttowardf(x, 0);
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
        y = std::nexttowardf(y, INFINITY);
    std::cout << "There are " << Distance(y, x) << std::setprecision(8)
        << " representable numbers from " << x << " to " << y << ".\n";

}
...