C++中双/浮点型二进制序列化的可移植性

Question

C++标准没有讨论float和double类型的底层布局,只讨论它们应该表示的值的范围.(对于签名类型也是如此,这是两个恭维还是别的)

我的问题是:用于以可移植方式序列化/反序列化POD类型(如double和float)的技术是什么？目前,似乎唯一的方法是将值表示为字面意义(如"123.456"),double的ieee754布局在所有体系结构上都不是标准的.

Answer 1

Brian"Beej Jorgensen"Hall在他的网络编程指南中给出了一些代码float(resp.double)到uint32_t(resp.uint64_t),以便能够通过网络在两台机器之间安全地传输它,这两台机器可能不同意它们的表示.它有一些限制,主要是它不支持NaN和无穷大.

这是他的包装功能:

#define pack754_32(f) (pack754((f), 32, 8))
#define pack754_64(f) (pack754((f), 64, 11))

uint64_t pack754(long double f, unsigned bits, unsigned expbits)
{
    long double fnorm;
    int shift;
    long long sign, exp, significand;
    unsigned significandbits = bits - expbits - 1; // -1 for sign bit

    if (f == 0.0) return 0; // get this special case out of the way

    // check sign and begin normalization
    if (f < 0) { sign = 1; fnorm = -f; }
    else { sign = 0; fnorm = f; }

    // get the normalized form of f and track the exponent
    shift = 0;
    while(fnorm >= 2.0) { fnorm /= 2.0; shift++; }
    while(fnorm < 1.0) { fnorm *= 2.0; shift--; }
    fnorm = fnorm - 1.0;

    // calculate the binary form (non-float) of the significand data
    significand = fnorm * ((1LL<<significandbits) + 0.5f);

    // get the biased exponent
    exp = shift + ((1<<(expbits-1)) - 1); // shift + bias

    // return the final answer
    return (sign<<(bits-1)) | (exp<<(bits-expbits-1)) | significand;
}

Answer 2

人类可读格式有什么问题.

它比二进制有两个优点:

• 它是可读的
• 它是便携式的
• 它使支持变得非常简单
  (因为您可以要求用户在他们喜欢的编辑器中查看它甚至单词)
• 它很容易修复
  (或在错误情况下手动调整文件)

坏处:

• 它不紧凑
  如果这是一个真正的问题,你可以随时拉链.
• 提取/生成可能稍慢一些
  注意二进制格式也可能需要进行标准化(请参阅参考资料htonl())

要以完全精度输出double:

double v = 2.20;
std::cout << std::setprecision(std::numeric_limits<double>::digits) << v;

好.我不相信这是完全准确的.它可能会失去精确度.

Answer 3

看一下glib 2中的（旧）gtypes.h文件实现-它包括以下内容：

#if G_BYTE_ORDER == G_LITTLE_ENDIAN
union _GFloatIEEE754
{
  gfloat v_float;
  struct {
    guint mantissa : 23;
    guint biased_exponent : 8;
    guint sign : 1;
  } mpn;
};
union _GDoubleIEEE754
{
  gdouble v_double;
  struct {
    guint mantissa_low : 32;
    guint mantissa_high : 20;
    guint biased_exponent : 11;
    guint sign : 1;
  } mpn;
};
#elif G_BYTE_ORDER == G_BIG_ENDIAN
union _GFloatIEEE754
{
  gfloat v_float;
  struct {
    guint sign : 1;
    guint biased_exponent : 8;
    guint mantissa : 23;
  } mpn;
};
union _GDoubleIEEE754
{
  gdouble v_double;
  struct {
    guint sign : 1;
    guint biased_exponent : 11;
    guint mantissa_high : 20;
    guint mantissa_low : 32;
  } mpn;
};
#else /* !G_LITTLE_ENDIAN && !G_BIG_ENDIAN */
#error unknown ENDIAN type
#endif /* !G_LITTLE_ENDIAN && !G_BIG_ENDIAN */

glib链接

Answer 4

您应该将它们转换为您始终能够使用的格式，以便重新创建浮点数/双精度数。

这可以使用字符串表示形式，或者，如果您需要占用更少空间的内容，请以 ieee754（或您选择的任何其他格式）表示您的数字，然后像处理字符串一样解析它。