将负浮点数转换为无符号整数答案

【问题标题】：converting negative float numbers to unsigned int将负浮点数转换为无符号整数
【发布时间】：2013-08-23 22:32:56
【问题描述】：

我正在尝试将无符号整数数据从 C 服务器发送到 python 客户端。要求是向客户端发送一个负浮点值。目前这个数字是 -5.700，我有 2 个问题。 1）我不知道如何在 uint32_t 中保留负性，我使用 MSB 作为标志位来解决它。这样好吗？谁有更好的建议？

2) 我尝试将 float 5.700 类型转换为 uint32_t，即 uint32_t fops = *(uint32_t*)(&float_var) //float_var is 5.700 并且 fops 被分配了值 0x00..40b66666，该值正在发送到 python 客户端。现在如何在客户端从这个值中取回浮点数？

更新：正如 Mats 建议的那样，python struct unpacks -ve 完美浮动，因此无需使用标志位。

【问题讨论】：

你是如何进行传输的，为什么涉及 uint32_t？
客户端/服务器通信通常通过 TCP（有时是 UDP）进行。 TCP 是一个字节序列。要发送浮点数，您必须（以某种方式）将浮点数转换为字节序列，传输该序列，然后重新组装浮点数。你如何做到这一点取决于你。（虽然现在有几个库可以做这样的事情，比如 JSON、BSON、Protocol Buffers、MessagePack……）如果你能澄清你在做什么，以及你正在与什么协议进行通信会很好。跨度>
另外，你确定那个演员表是 0x00006666 / 26214 吗？这很可能对应于 3.6-ish * 10^-41 的浮点数。 0xc0b66666 或 0x40b66666 更有可能。
传输是通过 tcp 套接字进行的，但我遵循一个协议，该协议在位级别定义数据，因此是无符号值。服务器是用 c 编写的，我使用 tcp 发送 unint 数据并使用 python struct 解包它们。
Python 结构有一个浮点类型，可能适合你。发送 4 个字节，在 python 端将其称为浮点数，看看会发生什么。如果你的两台机器就什么是浮点数达成一致，那么它应该可以工作。

标签： python c sockets unsigned

【解决方案1】：

最简单的解决方案几乎总是最好的：将其设为字符串，然后传输它，而不是二进制浮点表示。这样，您就不必担心浮点表示的差异或如何让 Python “理解”您的二进制浮点值。

Edit1：但是，如果您将 32 位整数传输到 Python data 对象：我希望 floatdata = struct.unpack("f", data) 可以解决问题。

Edit2：struct.unpack（和 struct.pack）的文档

Edit3：struct.unpack 确实假定两台机器使用相同的浮点格式。这意味着该软件不能广泛移植。但它在最常用的平台上应该可以正常工作。

【讨论】：

我同意如果该选项可用，这会更好。我理解需要以一种可以被 Python 解码的方式以无符号 32 位类型传输浮点数。
我也同意打包和解包工作得很好，只要客户端和服务器系统是同构的。
是的，就是这样。如果不是，修复起来会非常复杂——例如，一台具有 36 位 float 的机器无法真正将其发送到具有 32 位浮点数的机器。这就是为什么使用基于文本的解决方案将是更好的选择。
好吧，你可以发送它，如果你愿意忍受截断（即舍入）。我能看到的唯一要求是交付给客户端的数据必须适合 32 位。
它不一定只是截断 - 36 位可以以不同的方式组织，例如使用 9 位表示指数等。

【解决方案2】：

C 端的转换只是将代表浮点数的 4 个字节粘贴到 fops 变量中进行传输。您以某种方式将其传输到 python 客户端，它仍然是代表浮点数的 4 个字节。您可以使用 struct 模块获取这 4 个字节并构建一个 python 浮点数。

（编辑）高位是问题所在。 uint32_t 转换离开了高位，一旦设置为 (0xc0b66666) 而不是 (0x40b66666)，它就可以在 python 中正常工作。因此，您可以手动设置 MSB，它应该可以工作。

>>> import struct
>>> buf=struct.pack('i', 0xc0b66666) # this is like the C cast to uint32_t
>>> len(buf)
4
>>> struct.unpack('f', buf)[0]
-5.699999809265137

【讨论】：

草稿。我在意识到你的签名是你试图解决的唯一问题之前输入了这个。
正是这样做以获得正浮动。这很好用
struct unpack 也适用于负数。 32 位浮点数的符号在最高位编码，因此使用0xc0b66666 应该给出正确的负数。当然，就像我在下面的回答中所说的那样，这假设发送和接收机器都具有相同的浮点格式。不能保证。
...和设置 MSB 得到否定。天啊，如果我不得不为你的演员阵容为何如此高位而挠头的话，我的 C 已经生锈了。
@MatsPetersson - 确实！

【解决方案3】：

您可以使用 C 数学函数 frexpf() 来提取 float 的指数和尾数。然后，您可以在 Python 中使用ldexp() 来重构两者。

指数以有符号整数形式返回，尾数为区间[.5, 1) 或[-.5, -1) 中的有符号浮点数，具体取决于float 的符号。

您决定如何将此信息与 32 位无符号数字进行编码和解码，这取决于您。但是，假设您允许尾数使用 16 位。然后，可以将尾数乘以 2¹⁵，然后用这 16 位来表示2's complement 中结果的四舍五入整数值。然后接收器可以将 16 位转换为有符号整数，然后除以 2¹⁵。

32 位中的其他 16 位也可用于表示 2 补码中的指数。

【讨论】：