如何计算浮点数中设置的位数？

Question

如何计算浮点数中设置的位数？

cfloating-point

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如何使用C函数计算浮点数中设置的位数？

- Maddy

性能度量？ - Jek

5个回答

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如果你想要处理浮点数的位表示，你可以像这样操作：

float f; /* whatever your float is */
int i = *(int *)&f;

这段代码使用取地址符号&获取到变量f的地址，该地址类型为float *，即指向float类型的指针。然后使用(int *)重新解释该指针，意思是“假装这个指针不再指向float，而是指向一个int”。请注意，它并没有改变f的值。最后一个*（或者说第一个，因为我们从右往左读）对这个指向int的指针进行了解引用，因此返回了一个int，也就是与float具有相同二进制表示的整数。

要执行相反操作，将int i 转换回 float f，则执行相反的操作：

f = *(float *)&i;

除非我搞错了，这个操作在C标准中是未定义的，但可能在大多数计算机和编译器上都有效。这是未定义的，因为实际浮点数表示的数字取决于实现，可以由CPU或编译器处理，因此在此操作后几乎不可能预测i的值（反向操作中f的值也是如此）。它被广泛地用于John Carmack的倒数平方根函数中，目的相同。

无论如何，如果您正在真正的代码中执行此操作，您应该停下来仔细考虑您想要做什么以及为什么要使用float。但是，如果您只是出于好奇心而这样做，或者您已经考虑过这些问题并且确定了您的设计和方法，请去尝试一下。

我认为您已经知道如何计算常规整数中设置的位数，因为这是一个更容易的任务。如果您不知道，您的编译器（或C语言，我甚至不知道）可能有一个计算位数的函数，或者您可以从精彩的Bit-Twiddling Hacks网站中使用位运算的方法来完成这样的事情（这应该相当快）。

- Chris Lutz

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这不仅是因为这个原因导致未定义 - GCC（在某些配置中）会发出警告解引用类型转换指针将破坏严格别名规则，有充分的理由，因为这确实打破了假设（从ISO C获得性能优势），即两个指向不同简单类型（除了char）的指针永远不会指向同一对象。 - ephemient

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@sigjuice：这两个指针是通过 &f 创建的 float* 和通过将该 float* 强制转换而成的 int*。编译器完全有权重新排列内存访问操作，以便在初始化 f 之前将内存位置读入 i，这就是行为未定义的原因。 - Steve Jessop

请使用memcpy或union。强制转换*(float*)&i违反了严格别名规则。在C和C++标准中可靠地进行类型转换。 - Peter Cordes

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第一个答案提到了一种计算整数中设置位的好方法：

int NumberOfSetBits(int i)
{
    i = i - ((i >> 1) & 0x55555555);
    i = (i & 0x33333333) + ((i >> 2) & 0x33333333);
    return ((i + (i >> 4) & 0xF0F0F0F) * 0x1010101) >> 24;
}

要在您的浮动元素上使用它，您可以像这样操作：

//...
float f;
//...
int numBitsOfF = NumberOfSetBits(*(int*) &f);

- dborba

在C语言中，您需要使用memcpy或union来安全地进行类型转换。不要强制转换指针；这是严格别名UB。可靠地在C和C++标准之间进行类型转换。对于实际的popcount，可以使用像GNU C __builtin_popcount这样的内置函数。计算32位整数中设置位的数量。 - Peter Cordes

2

您是指IEEE-754单精度表示中设置的位吗？如果是这样，请将其转换为int（float和int均为32位宽），然后进行常规位计数：SO问题＃109023。

- Adrian Panasiuk

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强制转换为整数将截断并转换，而不是给您原始表示。 - bdonlan

2

好主意。那么更好的解决方案是将其联合或浮动 f; (int)&f。 - Adrian Panasiuk

1

大家好，如果我能得到一些示例就太好了。 - Maddy

1

https://dev59.com/23VD5IYBdhLWcg3wDG_m - Adrian Panasiuk

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我会使用*(unsigned int*)&f。无符号类型的表现更好（没有符号混乱）。 - Johannes Schaub - litb

在C语言中，您需要使用memcpy或union来安全地进行类型转换。不要强制转换指针；这是严格别名UB。可靠地跨越C和C++标准进行类型转换。 - Peter Cordes

-1

The following function will find the number of bits in a 32-bit number. Just type case your float with integer and call this function by a cast 
float f=3.14f;
count_bits(*(int *)&f);

int count_bits(int v)
{
    // count the number of bits set in v
    int c; // c accumulates the total bits set in v
    int b=v;
    for (c = 0; v; c++)
    {
            v &= v - 1; // clear the least significant bit set
    }
    //printf("No of bits in %d is %d\n",b,c);
    return c;
}

- Saradhi

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- rampion · Accepted Answer

#include <stdio.h>  /* for printf() */
#include <limits.h> /* for CHAR_BIT */

int main(void) {
  /* union method */
  {
    /* a union can only be initialized for the first option in the union */
    union { float f; char cs[sizeof(float)]; } const focs = { 1.0 };
    int j,k;
    int count = 0;
    for (j = 0; j < sizeof(float); j++)
    {
      char const byte = focs.cs[j];
      for (k = 0; k < CHAR_BIT; k++)
      {
        if ((1 << k) & byte)
        {
          count++;
        }
      }
    }
    printf("count(%2.1f) = %d\n", focs.f, count);
  }
  /* cast method */
  {
    float const f = 2.5;
    int j,k; 
    int count = 0;
    for (j = 0; j < sizeof(float); j++)
    {
      char const byte = ((char *)&f)[j];
      for (k = 0; k < CHAR_BIT; k++)
      {
        if ((1 << k) & byte)
        {
          count++;
        }
      }
    }
    printf("count(%2.1f) = %d\n", f, count);
  }
  return 0;
}