js精度计算

JavaScript010

js精度计算,第1张

在新公司的第一个项目是区块链相关的管理后台和交易所,其中就涉及了很多的计算问题。而JavaScript因为存在计算的精度问题,所以直接计算就可能会导致各种各样的bug,为了解决这个问题,就要使用BigNumber.js这个库。

至于为什么JavaScript会有精度问题呢,可以看 这里 。简单来说就是因为: JavaScript中所有的数字(包括整数和小数)都只有一种类型–Number。它的实现遵循IEEE 754标准,使用64位固定长度来表示,也就是标准的double双精度浮点数。它的优点是可以归一化处理整数和小数,节省储存空间。而实际计算的时候会转换成二进制计算再转成十进制。进制转换之后会很长,舍去一部分,计算再转回来,就有了精度误差。

BigNumber.js是一个用于任意精度计算的js库。可以在  官方文档  的console中测试使用。也可以通过npm install bignumber.js --save来安装。然后 import BigNumber from 'bignumber.js' 来引入使用。他的大概原理是将所有数字当做字符串,重新实现了计算逻辑。缺点是性能比原生的差很多。

现在 TC39 已经有一个 Stage 3 的提案 proposal bigint,大数问题有望彻底解决。在浏览器正式支持前,可以使用 Babel 7.0 来实现,它的内部是自动转换成 big-integer 来计算,要注意的是这样能保持精度但运算效率会降低。

具体用法可以参考以下资料:

官方文档

bignumber.js使用记录

BigNumber 讲解

就不再敖述了,下边随便写点常用的方法:

// 转为 bignumberconstx=newBigNumber('123456789.123456789')// 转为 普通数字x.toNumber()// 格式化(小数点)x.toFormat()// '123,456,789.123456789'x.toFormat(3)// '123,456,789.123'// 计算x.plus(0.1)// 加法x.minus(0.1)// 减法x.times(0.1)// 乘法x.div(0.1)// 除法x.mod(3)// 取模/取余// 比较大小x.eq(y)// isEqualTo 的简写,是否相等x.gt(y)// isGreaterThan 的简写,是否大于x.gte(y)// isGreaterThanOrEqualTo 的简写,是否大于等于x.lt(y)// isLessThan 的简写,是否小于x.lte(y)// isLessThanOrEqualTo 的简写,是否小于等于// 取非,改变数字的正负号x.negated()

如:0.1+0.2 !== 0.3;0.1*0.2 !== 0.03

如:9999999999999999 === 10000000000000001

如:1.335.toFixed(2) // 1.33;1.336.toFixed(2) // 1.34

二进制模仿十进制进行四舍五入,而二进制只有0和1,于是就0舍1入,于是就导致了小数计算不精确。大数的精度丢失本质上是和小数一样,js中表示最大的数是Math.pow(2, 53),十进制即 9007199254740992;大于该数的值可能会丢失精度。

小数的话,一般转成整数进行计算,然后对结果做除法;同样也可以直接对结果进行4舍5入;

对于大数出现的问题概率较低,毕竟还要运算结果不超过最大数就不会丢失精度;

javaScript数字精度丢失问题总结

js中精度问题以及解决方案

JavaScript 中精度问题以及解决方案

数组的索引按照32位且无符号定点整数存储,也就是说数组索引最大值为 2 32 ,而数组以0开始,所以实际最大值为2 32 - 1

对于 & | ^ ~ 以后单独再说,主要说明 <<, >>, >>>

ECMA相关位运算说明

完整的位运算步骤

js能精确计算(运算结果)的数值范围是 [-2 53 , +2 53 ]

js能表示的纯整数数值范围是 [-1.8x10 308 , +1.8x10 308 ]

js能表示的纯小数数值范围是 [ -5x10 -324 , -1) ∪ (+1, 5x10 -324 ]

IEE754标准就和js中的正则表达式,unicode编码一样,他不是js特有的东西的,而是一种国际上通用规范,

目的其一,方便;

目的二,使程序可移植性强。

(在js中定义的数值,解释器会帮我们把值转化为IEEE754标准的64位浮点型,如果是位运算,解释器会把值定义为32位整型)

了解他之前,先看一个示例

那么,我们能不能创造出一种,利用有限的8位机器数,尽可能多的解决上述问题的方法呢?

假设,机器位为8,有如下的一段2进制编码:

符号位 :0表示正值, 1表示负值;

指数位 :就是我们理解的平方数,在这里由于是2进制,所以,指数位的010暂且表示为 2 010 = 2 2 ,且指数的表示范围为0 ~ 7之间。(一会说这样做的问题)

数值位 :就是我们要表示的真实的值的部分,但是,这里的1010并不是我们通常理解的10进制 的10,因为我们要在这解决上述定点数的问题,

那么,我们怎么设计才能让一条整数,小数共存的数据表示在一个硬件中呢?且简单易懂?

但是,以(0.)作为约定的数值位默认头是有问题的,比如:

真值 +0.001010 以我们自定义规则转换成的二进制为,

0000 0010 ,因为机器位数为8,超过的8位要舍去,10就被丢掉了,损失了精度且保留了多余的,没有意义的0 。

这就引出了我们要解决的问题4

看来,我们现在需要对规则进行一些修改,我们尝试以(1.)作为约定的数值位默认头,还是以真值 +0.001010为例 ,那么这个真值可以改写为

1.010 x 2 -3 == 1.010 x 2 -011

这回可操蛋了,因为之前我们约定的指数部分的表示范围是0 ~ 7,这个-3可怎么办呢,聪明的你肯定想到了,何不把指数位置的第一位也规定为符号位呢?这不就可以表示正负数了吗,没错,是可以满足需求,但是,多一个符号位的判断会增加机器的运算复杂度负担,那么可以用补码啊?没错,但是,如果通过指数进行数值比较的时候(注意:在对两个值进行判断的时候,例如 3 >4,计算机浮点运算器会对 3 和 4 对应的64位浮点数指数位数值进行比较,如果不相等,直接返回true或false,如果想等,再进行数值位的比较),又要增加负担,有没有更好的办法呢?

可推理出

真值 +0.001010 == 1.010 x 2 -3 == 1.010 x 2 -011

得指数真实表示的值为 -011 + 偏移值 011 == 000

真值 +0.001010 的自定义2进制编码值为

0000 0100

经过以上的求证,得到新的8位机器数浮点数约定如下:

所以,图1-1使用我们新约定的浮点数规则解码,得到:

1.1010 x 2 010-011=-1 == 0.11010

+0.11010 == 0.9140625

先说间隙值

再说数值范围

我们再回过头来看看IEEE754,由于js使用的是IEEE754双精度浮点格式(64 位),所以我们就针对64位说明。其实,和我们上面自己胡编乱造的规则基本一样,

IEEE754双精度浮点格式

符号位1,指数位11,数值位52,偏移值 2 11-1 - 1 == 1023

现在,我们可以自己证明

因为数值位是52位,加上约定的隐藏头1. 那么就是 53位,超出的部分舍弃,所以就是精度损失

但严谨来说,应该是不包含小数

已经证明过

我们先把0.1 和 0.2 转化为2进制

很明显,0.1 和 0.2 都无法用2进制精准表示,呈现出的是无限循环。

我们看一个实例,来看看IEEE如何做舍入处理的

(例子是IEEE754单精度浮点格式(32 位),没找到64位的,自己懒得算了。。不过可以说明问题)

0.1被IEEE754双精度浮点数舍入处理后的值为

0.00011001100110011001100110011001100110011001100110011010

0.2被IEEE754双精度浮点数舍入处理后的值为

0.0011001100110011001100110011001100110011001100110011010

0.1 和 0.2 在转换后都被进位了,所以实际值,比真实值要大一点点,所以0.1+0.2比0.3略大,暂且这么来理解,因为浮点数的运算比定点数要麻烦,又由于10.1假期结束,至此一阶段笔记到此结束,之后的二阶段再补浮点数运算的笔记

参考资料

计算机组成原理

http://c.biancheng.net/view/314.html

https://www.zhihu.com/question/21711083

https://blog.csdn.net/weixin_40805079/article/details/85234878