浮点按位运算答案

【问题标题】：Float bitwise ops浮点按位运算
【发布时间】：2011-07-17 10:03:41
【问题描述】：

我想将浮点数的存储转换为整数（'number'值不需要相等）。

如果一个浮点数（例如 10），用二进制表示（至少在我的实现中）为：

01000001001000000000000000000000

那么它应该（也在我的实现中）表示整数值 1092616192。

我目前正在通过以下方式进行此操作：

union UNFI {
    float a;
    int b;
};

UNFI n;
n.a = 10;
int bits = n.b; // foo!

for (int i=31; i>=0; --i) {
    bool bit = ((bits >> i) & 1);
    std::cout << bit;
}

这实现了我想要的，但它本质上是未定义的行为。因此，我想知道实现这一结果的“正确”方式是什么。

来自 C99 标准：

With one exception, if the value of a member of a union object is used when the most recent store to the object was to a different member,the behavior is implementation-defined.

这不是未定义的行为吗？

【问题讨论】：

你想要达到的结果是什么？只是输出浮点数的二进制表示？
部分的主要目的是将二进制文件从浮点数转换为整数数据类型；反之亦然（取决于解决方案的复杂性）。
你所说的“正确方式”是什么意思？你的意思是“跨平台”？很难理解您的问题。
@Daniel 为什么不简单地进行正常的 float->int 转换？你想实现什么不同？
我已经概述了这一点，我不想做演员表。我不关心有问题的实际数据类型，只关心存储在内存中的位。

标签： c++ floating-point integer bitwise-operators

【解决方案1】：

您所追求的是简单类型的软管。你正在做的似乎是最简单的事情。我想另一种选择是指针转换。

int const bits = *(reinterpret_cast<int *>(&n))

【讨论】：

这是未定义的行为（非法类型双关语）。它对优化器造成严重破坏。
@Ben Voigt- 有趣。我必须在设备驱动程序中做很多这样的事情（通常从无符号数组转换为浮点数组）。将n 声明为volatile 会帮助优化器解决问题吗？
我不这么认为。在 gcc 中，您可以使用-fno-strict-aliasing，代价是阻止基于这些假设的任何优化。此外，您不能 static_cast 指向不相关类型的指针，例如 float 和 int。
reinterpret_cast 修复了编译错误，但仍然是 UB。

【解决方案2】：

正确的方法是拨打memcpy。大多数编译器会像联合一样将其优化为有效的单字内存访问，但在具有额外对齐要求的平台上，它们会做正确的事情。而且它永远不会触发信号 NaN。

float a = 10;

char bits[sizeof a];
memcpy(bits, &a, sizeof a);

或

int b;
static_assert(sizeof b == sizeof a);
memcpy(&b, &a, sizeof a);

【讨论】：

@Ben Voigt 如果 NaN 结果在寄存器中并且必须先复制到 a 才能成为 memcpy d，这会导致 NaN 信号吗？从浮点寄存器中读取）？
memcpy 是一个遗留的 C 库例程。我并不反对你，但似乎应该有一种更 C++ 的方式来做到这一点......
@T.E.D：为什么？这是低级 C 代码，具体到位！ C++ 不做那种事情。
@Mark B：也许，但您首先需要在 FPU 寄存器中发送信号 NaN。如果启用，到达那里会产生一个信号。此外，FP 寄存器溢出逻辑上是早期分配的一部分。虽然你说的可能是汇编指令，但我认为C++编译器在改变FPU异常模式后无法重新排序溢出，所以如果有注册的SNaN，FPU信号必须关闭。
@T.E.D.：C 方式：#include <stdlib.h> 更多 C++ 方式：#include <cstdlib> 现在开心吗？（std::copy 不是memcpy 的替代品，它是memcpy 的类型安全用法的替代品，但事实并非如此）。

【解决方案3】：

什么是未定义的？
IEEE float 的布局非常明确，唯一额外的复杂因素是您平台上的字节顺序（以及 int 有多大）

【讨论】：

来自 C99 标准：“除了一个例外，如果联合对象的成员的值在对象的最新存储是不同的成员时使用，则行为是实现定义的”。这不是未定义的行为吗？
或者它只是“实现定义的”，因此假设我从不期望 int 在数值方面是 == float，我应该没问题？
@Daniel：如果您使用 C++ 编程，为什么要阅读 C99 标准？ C++ 不是 C99 的超集，在很多情况下行为是不同的。
当然，但是我上次处理类似问题时只是来自 C，因此也许您可以指出正确的答案（或至少参考它），这样我就可以继续我的快乐方式.
我很确定它实际上在 C++ 中也是未定义的，但它是大多数/所有编译器以显而易见的方式实现的未定义行为。