C++声明跨平台独立的32位浮点数。

Question

有没有办法在C++中声明32位浮点值-确保它始终是32位，而不管平台/编译器如何？

我可以像这样对整数进行操作：

#include <stdint.h>

uint32_t var;  //32 bit unsigned integer
uint64_t var1; //64 bit unsigned integer

有没有一种方法可以对浮点数做类似的操作？据我所知，

float var; //Usually is 32 bit, but NOT GUARANTEED to be 32 bit

实现方式因不同情况而异，不一定是32位的。（如果我错了请指出）。

我正在使用Qt，因此如果有使用它的解决方案，我会接受它——我找不到像quint16这样的浮点型（qreal根据平台改变大小）。

- Ilya Kobelevskiy

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不行 - 有些平台可能会有小数浮点数。 - user2249683

在不支持32位二进制浮点数据类型的平台上，你打算如何处理这种数据类型？ - David Heffernan

那么如果float不是32位，你希望发生什么呢？当然可以进行检查 if (sizeof(float) != 4 && CHAR_BITS == 8) PANIC("Not 32-bit float!!!"); - 但是如果没有32位的浮点数，我不确定你希望编译器做什么。 - Mats Petersson

那么，你是否正在编写可能在非常晦涩的硬件上运行的代码？我的意思是DSP和大型古老的主机？如果不是，那么我会建议忽略这个问题... [我有一种感觉，QT在主机上不会很好地工作，而DSP往往是非常专业化的]。 - Mats Petersson

毫无意义。即使您有两个都是32位的浮点数，当一个具有23位尾数，另一个具有25位尾数时，它们仍然不兼容。您需要指定所有宽度，而不仅仅是总宽度。 - MSalters

Answer 1

你正在使用专为C++设计的Qt，因此我不确定为什么这个问题被标记为C。

据我所知，在支持Qt的所有平台上，类型float是32位IEEE格式。

如果有人决定将Qt移植到例如64位float的Cray向量机上，那么您将无法使用32位浮点类型(除非您自己在软件中实现它，但我不知道这有什么用)。

没有与<stdint.h>/<cstdint>相对应的<stdfloat.h>/<cstdfloat>。 C和C ++提供float、double和long double，并对它们施加最小要求，但不提供一种方式来请求任何特定大小的浮点类型。

你最好的选择可能是在main中添加类似以下内容的代码，或者在某个保证在程序启动期间调用的函数中添加：

assert(CHAR_BIT * sizeof (float) == 32);

如果你的代码会隐式依赖于 CHAR_BIT == 8，那么也许你需要考虑一下。

assert 很可能永远不会触发，如果真的触发了，那就表示你有更大的问题。

你可能需要重新考虑是否真的需要一个32位浮点类型。如果你的代码在一个拥有64位 float 的系统上运行，那会怎样影响你的需求呢？

- Keith Thompson

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谢谢！Qt只能在32位IEEE上运行吗？我标记为C，因为我使用qt但不限于它 - 任何确保浮点数为32位/提供保证为32位的浮点数据类型的解决方案都可以，包括C。我希望浮点数是32位的，因为我写32位代码时依赖于数据大小进行一些指针转换/算术运算。 - Ilya Kobelevskiy

@IlyaKobelevskiy：对我来说还不确定，而且它将继续保持不确定的可能性更小，但这是非常有可能的。考虑不编写任何关于 sizeof(float) 的假设代码。否则，如果没有32位浮点类型可用，就决定你想要做什么。除非你在软件中实现32位FP（这很可能过度），否则你将会运气不佳——assert 就是处理这种情况的方法。 - Keith Thompson

您也可以在编译时进行检查——C++定义了宏FLT_MIN、FLT_MAX、FLT_MANT_DIG（需要包含头文件<cfloat>）；或者在C++11代码中，您可以使用static_assert(numeric_limits<float>::max() <= ...)（或min等）（需要包含头文件<limits>）。 - peppe

那么如果有一个平台，float是32位，但格式不同于您想要的呢？很难确定您的要求。 - Keith Thompson

@IlyaKobelevskiy：一些低端的ARM只有64位IEEE硬件的double。32位FP可以在64位中相当高效地模拟，但你会遇到类似于x87 80位寄存器的问题。 - MSalters

Answer 2

没有这样大小的浮点类型，但您始终可以静态断言其大小为32位。甚至可能是一个全局字符数组：

#include <climits>

char static_assert_float32[1 - (2 * ((sizeof(float) * CHAR_BIT) != 32))];

如果声明一个负数大小的数组，且float不是32位，则此代码将无法通过编译。

- Mark B

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或者更简单地说，static_assert(sizeof(float) == 4, "需要32位浮点数"). - Adam Burry

@Adam：不行，当CHAR_BIT==16时会失败。 - MSalters

@AdamBurry：是的，C++将byte定义为char的大小，而char不一定是八位（8 bits）。因此，根据定义，sizeof(char)==1。所有其他大小都相对于此定义。 - MSalters

@Adam Burry 那将排除sizeof(float) == 2 && CHAR_BIT == 16的情况。 - Mark B

显然有一个 static_assert(sizeof(float) * CHAR_BIT == 32, "require 32 bits floats"，这使得32很明显，代码也具有可移植性。 - MSalters

Answer 3

大多数C和C++的实现将使用32位的float类型。如果您确实需要捕获任何不符合该情况的平台，您可以使用以下代码在程序早期抛出错误：

#include <limits.h>
if (sizeof(float) * CHAR_BIT != 32)
    // error code here

很遗憾，我不知道在编译时检测它的方法，我的早期答案是有缺陷的。

- Mark Ransom

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据我所知，sizeof()不能在预处理指令中使用。 - Martin R

@MartinR 为什么不行呢？反正这是编译时的事情 :p - user1551592

@user9000：因为预处理器在源代码被解析之前运行；sizeof关键字只是一个普通的标识符，没有特殊的意义。 - Keith Thompson

我的clang编译器报错："错误：在预处理子表达式中，该标记不是有效的二元运算符。" - Martin R

std::conditional怎么办？使用float_type = typename std::conditional<sizeof(float) * CHAR_BIT == 32, float, float32>::type; 编辑：算了。我们正在定义float32，而不是使用它。 - bstamour

Answer 4

在支持IEEE-754标准的平台上，float类型是32位的。在不支持该标准的平台上，不同的宽度可能只是你面临问题中最小的一部分。总之，使用float类型并不需要担心。

- Violet Giraffe

Answer 5

Boolean静态成员常量std::numeric_limits<float>::is_iec559是真的，当且仅当float符合IEC 559/IEEE 754浮点标准。您需要#include头文件<limits>。

请注意，这并不能告诉您float是否特定为32位IEEE浮点数，只是它是IEEE浮点数 - 一些没有32位浮点硬件的实现可能会选择float为64位IEEE浮点数。

- user3405743

Answer 6

一般来说，了解float的大小为32位可能是足够的，但并不适用于所有情况。

IEEE 758定义了众所周知的32位二进制浮点数binary32，它通常被实现。但是，IEEE 758还定义了一个32位的十进制浮点数decimal32，主要用于存储而非计算。还存在其他非IEEE 758的32位浮点数实现，尽管它们不如常见。

即使已知float是32位IEEE 758-2008 binary32，对于一个特定环境对其严格定义（NaN、次规范、舍入模式）的程度可能会有所不同。我怀疑这是32位浮点数实现变化微妙的最大原因。

因此，准确地了解所使用的浮点数模型的目标，很可能需要在编译时检测以确保跨平台的一致性，这可能是非常具有挑战性的。

- chux - Reinstate Monica