将浮点数转换为字符串的最快C++方法

Question

我遇到了将浮点数转换为字符串的问题，其中使用to_string太慢，因为我的数据可能涉及几百万个浮点数。

我已经有了如何快速写出这些数据的解决方案。

然而，在解决了那个问题之后，我很快意识到浮点数转换为字符串会留下巨大的影响。

那么，除了使用其他非标准库之外，是否有任何想法或解决方案？

- vincent911001

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你需要多少个数字，需要什么格式，以及你当前的实现在哪种处理器上需要多长时间？ - gnasher729

@gnasher729，你好，实际上我有大约200万个顶点，其坐标为xyz浮点数。由于我希望将这些信息输出到obj文件中，因此需要将其转换为字符串（例如：“V”+pos.x+“”...）。目前的to_string实现在低分辨率模型上大约需要3分钟，其中大约有300000个顶点。顺便说一下，我正在旧的第一代i5上运行。 - vincent911001

你使用的编译器是哪个？如果你使用gcc5，可能会有一些性能提升，因为它使用了小字符串优化而不是写时复制。如果我没记错的话，Clang也使用SSO。 - dau_sama

@dau_sama，我正在使用来自Visual Studio 2013 Community的MSVC编译器，谢谢。 - vincent911001

Answer 1

以下是将浮点数转换为十进制字符串表示的一些最快算法：

• Florian Loitsch的Grisu：使用整数快速准确地打印浮点数
• Ulf Adams的Ryū：Ryū：快速的浮点数到字符串的转换
• Raffaello Giulietti的Schubfach：Schubfach方式呈现双倍
• Junekey Jeon的Dragonbox：Dragonbox：一种新的二进制浮点数到十进制的转换算法

撰写本文时，Dragonbox是这些方法中最快的方法，其次是Schubfach，然后是名为Grisu-Exact（不要与Grisu2和Grisu3混淆）的Grisu变体，最后是Ryū：

Dragonbox的实现在这里可用。它也包含在{fmt}库中，集成了一个高级格式化API。为了获得最大的性能，您可以使用带有堆栈分配缓冲区的format_to，例如：

fmt::memory_buffer buf;
fmt::format_to(buf, "{}", 4.2);
// buf.data() returns a pointer to the formatted data & buf.size() gives the size

- vitaut

Answer 2

一种优化的方法是不直接使用to_string，因为每次调用它都会创建一个新的字符串。你可能最终会复制该字符串，这不是很高效。

你可以分配一个足够大的char缓冲区来存储所有需要的字符串表示，然后使用printf。

http://www.cplusplus.com/reference/cstdio/printf/

重新使用同一缓冲区。 如果您将浮点数的精度限制为固定数量的小数位，您可以计算浮点数在数组中表示的偏移量。

例如，如果我们只有一个值数组：

index = 1;
float f = value[index];
//corrresponding 6 chars float
const char* s = char_array[index*1];
//the representation will start at position 6, and it will be null terminated so you can use it as a string

为了澄清，您的char_array将如下所示：

1.2000\02.4324\0...

- dau_sama

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抱歉我的理解能力不太好。从我所理解的来看，char_array[index*1]是一个大缓冲区的分配，所有浮点数的值都必须进入这个缓冲区，我理解的对吗？ - vincent911001

嗨，dau_sama，另一个问题是，我们如何确定要分配多大的缓冲区？ - vincent911001

确实，您将所有内容存储在同一个缓冲区中。如果您知道有多少个值，就可以知道要分配的缓冲区的大小。如果事先不知道它，这可能有点问题，当达到限制时需要扩展它。这只是变得更加复杂了一些。 - dau_sama

嗨，感谢澄清，我已经成功使用sprintf函数来处理char*缓冲区。然而，我仍然不知道需要分配多大的缓冲区。所以，如果缓冲区达到了极限，我们该如何重新调整缓冲区大小呢？谢谢。 - vincent911001

你知道缓冲区中的位置，也知道下一个值是否会溢出缓冲区。你需要做的是分配（malloc）一个更大的缓冲区，并将旧值复制到新缓冲区中。完成后，你可以释放以前的缓冲区 :-) 还要检查realloc。 - dau_sama