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Javascript數(shù)字精度丟失的問題,如何解決?

?我們在處理數(shù)據(jù)的時候可能會遇到類似0.1+0.2 !=0.3的問題,讓我們來分析下原因:

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因為 JS 采用 IEEE 754 雙精度版本(64位),并且只要采用 IEEE 754 的語言都有該問題(我知道的java也是這樣)。我們都知道計算機是通過二進制來存儲東西的,0.1和0.2在轉換二進制后都是是無限循環(huán)的,這樣其實沒什么問題,但是 JS 采用的浮點數(shù)標準卻會裁剪掉后面的數(shù)字,導致精度丟失 0.1+0.2=0.30000000000000004。

場景復現(xiàn)

一個經典的面試題:

0.1 + 0.2 === 0.3 // false

為什么是false呢?

先看下面這個比喻:

比如一個數(shù) 1÷3=0.33333333......

3會一直無限循環(huán),數(shù)學可以表示,但是計算機要存儲,方便下次取出來再使用,但0.333333...... 這個數(shù)無限循環(huán),再大的內存它也存不下,所以不能存儲一個相對于數(shù)學來說的值,只能存儲一個近似值,當計算機存儲后再取出時就會出現(xiàn)精度丟失問題。

比如18466.67*100,按理說他等于1846667吧,可是他等于1846666.9999999998,效果如下:

浮點數(shù)

“浮點數(shù)”是一種表示數(shù)字的標準,整數(shù)也可以用浮點數(shù)的格式來存儲。

我們也可以理解成,浮點數(shù)就是小數(shù)。

在JavaScript中,現(xiàn)在主流的數(shù)值類型是Number,而Number采用的是IEEE754規(guī)范中64位雙精度浮點數(shù)編碼。

這樣的存儲結構優(yōu)點是可以歸一化處理整數(shù)和小數(shù),節(jié)省存儲空間。

對于一個整數(shù),可以很輕易轉化成十進制或者二進制。但是對于一個浮點數(shù)來說,因為小數(shù)點的存在,小數(shù)點的位置不是固定的。解決思路就是使用科學計數(shù)法,這樣小數(shù)點位置就固定了。

而計算機只能用二進制(0或1)表示,二進制轉換為科學記數(shù)法的公式如下:

其中,a的值為0或者1,e為小數(shù)點移動的位置。

舉個例子:

27.0轉化成二進制為11011.0 ,科學計數(shù)法表示為:

前面講到,javaScript存儲方式是雙精度浮點數(shù),其長度為8個字節(jié),即64位比特。

64位比特又可分為三個部分:

  • 符號位S:第 1 位是正負數(shù)符號位(sign),0代表正數(shù),1代表負數(shù)。
  • 指數(shù)位E:中間的 11 位存儲指數(shù)(exponent),用來表示次方數(shù),可以為正負數(shù)。在雙精度浮點數(shù)中,指數(shù)的固定偏移量為1023。
  • 尾數(shù)位M:最后的 52 位是尾數(shù)(mantissa),超出的部分自動進一舍零。

如下圖所示:

舉個例子:

27.5 轉換為二進制11011.1

11011.1轉換為科學記數(shù)法

符號位為1(正數(shù)),指數(shù)位為4+,1023+4,即1027

因為它是十進制的需要轉換為二進制,即 10000000011,小數(shù)部分為10111,補夠52位即: 1011 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000`。

所以27.5存儲為計算機的二進制標準形式(符號位+指數(shù)位+小數(shù)部分 (階數(shù))),既下面所示:

0+10000000011+011 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000`

二進制

  • 基數(shù)為2
  • 有2個數(shù)字,即0和1
  • 滿2進1

八進制

  • 基數(shù)為8
  • 由8個數(shù)字組成,分別是0、1、2、3、4、5、6、7
  • 滿8進1

十進制

  • 我們日常生活中所用的都是十進制,也就是滿10進1

十六進制

  • 基數(shù)為16。
  • 由16個數(shù)字符號組成,分別是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F
  • 滿16進1

在古代中國當時使用的重量單位就是十六進制,16兩為1斤,就有了所謂的“半斤八兩”

舉個例子:

比如 十進制:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ...

當要數(shù)10時,就要進1位,也就是十位數(shù)寫1,個位數(shù)寫0, 即滿十進一。

二進制:

0 1 10 11 10 11 110 111 101 ...

當要數(shù)2的時候,就要進1位了,上一位寫1,當前位變成0 即滿二進一。

進制之間怎么轉換?

不會的話自行百度吧。

問題分析

再回到問題上:

0.1 + 0.2 === 0.3 // false

通過上面的學習,我們知道,在javascript語言中,0.1 和 0.2 都轉化成二進制后再進行運算。

// 0.1 和 0.2 都轉化成二進制后再進行運算
0.00011001100110011001100110011001100110011001100110011010 +
0.0011001100110011001100110011001100110011001100110011010 =
0.0100110011001100110011001100110011001100110011001100111

// 轉成十進制正好是 0.30000000000000004

所以輸出false。

再來一個問題,那么為什么x=0.1得到0.1?

主要是存儲二進制時小數(shù)點的偏移量最大為52位,最多可以表達的位數(shù)是2^53=9007199254740992,對應科學計數(shù)尾數(shù)是 9.007199254740992,這也是 JS 最多能表示的精度。

它的長度是 16,所以可以使用 toPrecision(16) 來做精度運算,超過的精度會自動做湊整處理。

.10000000000000000555.toPrecision(16)
// 返回 0.1000000000000000,去掉末尾的零后正好為 0.1

但看到的 0.1 實際上并不是 0.1。不信你可用更高的精度試試:

0.1.toPrecision(21) = 0.100000000000000005551

如果整數(shù)大于 9007199254740992 會出現(xiàn)什么情況呢?

由于指數(shù)位最大值是1023,所以最大可以表示的整數(shù)是 2^1024 - 1,這就是能表示的最大整數(shù)。但你并不能這樣計算這個數(shù)字,因為從 2^1024 開始就變成了 Infinity。

> Math.pow(2, 1023)
8.98846567431158e+307

> Math.pow(2, 1024)
Infinity

那么對于 (2^53, 2^63) 之間的數(shù)會出現(xiàn)什么情況呢?

  • (2^53, 2^54)之間的數(shù)會兩個選一個,只能精確表示偶數(shù)
  • (2^54, 2^55)之間的數(shù)會四個選一個,只能精確表示4個倍數(shù)
  • ... 依次跳過更多2的倍數(shù)

要想解決大數(shù)的問題你可以引用第三方庫 bignumber.js,原理是把所有數(shù)字當作字符串,重新實現(xiàn)了計算邏輯,缺點是性能比原生差很多。

浮點型的存儲機制(單精度浮點數(shù),雙精度浮點數(shù))。

浮點型數(shù)據(jù)類型主要有:單精度float、雙精度double

單精度浮點數(shù)(float)

單精度浮點數(shù)在內存中占4個字節(jié)、有效數(shù)字8位、表示范圍:-3.40E+38 ~ +3.40E+38

雙精度浮點數(shù)(double)

雙精度浮點數(shù)在內存中占8個字節(jié)、有效數(shù)字16位、表示范圍:-1.79E+308 ~ +1.79E+308

浮點型常量 數(shù)有兩種表示形式:

  1. 1. 十進制數(shù)形式:由數(shù)字和小數(shù)點組成,且必須有小數(shù)點,如0.123,123.0。
  2. 科學計數(shù)法形式:如:123e3或123E3,其中e或E之前必須有數(shù)字,且e或E后面的指數(shù)必須為整數(shù)(當然也包括負整數(shù))。

浮點型簡單來說就是表示帶有小數(shù)的數(shù)據(jù),而恰恰小數(shù)點可以在相應的二進制的不同位置浮動,可能是這樣就被定義成浮點型了。~不得不佩服這文化程度,定義個數(shù)據(jù)名稱都這么有深度~

但是?。?!

JavaScript 存儲小數(shù)和其它語言如 Java 和 Python 都不同,JavaScript 中所有數(shù)字包括整數(shù)和小數(shù)都只有一種類型 即 Number類型 它的實現(xiàn)遵循 IEEE 754 標準,IEEE 754 標準的內容都有什么,這個咱不用管,我們只需要記住以下一點:

小結

計算機存儲雙精度浮點數(shù)需要先把十進制數(shù)轉換為二進制的科學記數(shù)法的形式,然后計算機以自己的規(guī)則{符號位+(指數(shù)位+指數(shù)偏移量的二進制)+小數(shù)部分}存儲二進制的科學記數(shù)法。

因為存儲時有位數(shù)限制(64位),并且某些十進制的浮點數(shù)在轉換為二進制數(shù)時會出現(xiàn)無限循環(huán),會造成二進制的舍入操作(0舍1入),當再轉換為十進制時就造成了計算誤差。

解決方案

理論上用有限的空間來存儲無限的小數(shù)是不可能保證精確的,但我們可以處理一下得到我們期望的結果。

當你拿到 1.4000000000000001 這樣的數(shù)據(jù)要展示時,建議使用 toPrecision 湊整并 parseFloat 轉成數(shù)字后再顯示,如下:

parseFloat(1.4000000000000001.toPrecision(12)) === 1.4  // True

封裝成方法就是:

function strip(num, precision = 12) {
return +parseFloat(num.toPrecision(precision));
}

對于運算類操作,如 +-*/,就不能使用 toPrecision 了。正確的做法是把小數(shù)轉成整數(shù)后再運算。以加法為例:

/**
* 精確加法
*/
function add(num1, num2) {
const num1Digits = (num1.toString().split('.')[1] || '').length;
const num2Digits = (num2.toString().split('.')[1] || '').length;
const baseNum = Math.pow(10, Math.max(num1Digits, num2Digits));
return (num1 * baseNum + num2 * baseNum) / baseNum;
}

最后還可以使用第三方庫,如Math.js、BigDecimal.js

我們可以這樣處理:

parseFloat((0.1 + 0.2).toFixed(10))

parseFloat((18466.67*100).toFixed(0))


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