使用联合操作浮点位：查找适合浮点数的正确 uint 类型-解网

问：

在 C 语言中，我看到这段代码被用作操作浮点数的一种方式，直到位：

union {
    uint32_t bits;
    float value;
}

通过定义这种类型的变量，可以在侧面执行按位运算，同时计算浮点值本身，而浮点值本身又可以打印并在表达式中使用。var.bitsvar.value

但是，代码依赖于宽度与大小匹配的事实。虽然通常是这种情况，但我很好奇如何在没有这种假设的情况下实现此代码，即它根据浮点大小选择正确的固定宽度整数。floatunit32_t

我想到的一种方法是使用一堆语句，并通过比较和宽度常量进行分支，例如：ifsizeof(float)stdint.h

if (sizeof(float) == sizeof(uint32_t)) {
    // Define the union with float and uint32_t and do the manipulations ...  
} else if (sizeof(float) == sizeof(uint64_t)) {
    // Define the union with float and uint64_t and do the manipulations ...  
}
else ...

这将起作用，但必须在每个 if 语句中重复代码。我更喜欢在类型声明本身之后全局声明和初始化变量本身，如下所示：

union {
    uint32_t bits;
    float val;
} var = {UINTMAX_C(1)};

因此，该分支需要在预处理级别静态发生，并且在 .sizeof#if

有没有另一种方法可以为浮点数找到正确的固定宽度整数类型？

C 浮点位操作并集

在我看来，您只需要为 .在极少数情况下，断言失败，它将影响您对性能和内存使用情况所做的假设，以及对精度和准确性的假设。这意味着无论如何您都必须查看代码。我花时间试图预测可能永远不会发生的事情是没有意义的。如果断言失败，请在有更多信息可用时担心它。sizeof(uint32_t) == sizeof(float)

1赞 Martin Brown 11/1/2023

有时，将浮点数别名到多个查看方式上会很有帮助。高精度立方根的技巧之一是将双尾数的低 32 位减为零，以便精确计算其平方。假设 IEEE FP 符号位位于相同的顶部位位置，因此我不确定在这里使用 unsigned int 是否有优势。您必须知道浮点数和字节顺序的按位布局才能执行任何有用的操作。我用过的唯一一台具有非常规浮点长度的机器是 CDC 7600（回溯和 60 位）。科学家的理想之选...

1赞 BoP 11/1/2023

如果你还没有用 36 位浮点数测试你的代码，它无论如何都不会在那里工作。因此，静态断言是最佳选择。

答：

1赞 chux - Reinstate Monica 11/1/2023 #1

这不是一个完全有效的解决方案，但是一个开始：根据 .
也许用其他属性进行优化。floatFLT_XXX

#include <assert.h>
#include <float.h>
#include <stdint.h>

#if FLT_MANT_DIG <= 24 + 2
  typedef uint32_t uint_flt;
#elif FLT_MANT_DIG <= 53 + 4
  typedef uint64_t uint_flt;
#else
  #error TBD code
#endif

// If we got it wrong, stop the compilation.
static_assert(sizeof(float) == sizeof(uint_flt), "TBD code");

请注意，浮点类型，甚至，可能是 128 位，并且没有匹配的整数，当然那么宽。float

请注意，FP 和整数技巧的整个过程都受到阻碍，因为两者的字节序肯定不相同。机器就是这样建造的。因此，使用某个整数常量进行初始化并不像人们所希望的那样可移植。union

相反，请重新编写代码以使用字节数组。

union {
    float value;
    unsigned char bits[sizeof(float)];
} x;

使用 here 的此类代码通常表明了实现更高级别编码目标的错误方法。
考虑陈述更高层次的目标。union

@Lundin 安全 - 是的，有点，但是......C 没有指定相同的字节序，并且存在历史反例。IMO，这种混合匹配的字节序使平台成为恐龙，但更好的代码会使用 a 来测试相同的字节序，而不是赤裸裸地假设相同。此外，我仍然想知道OP更高层次的关注。static_assertion()

0赞 Lundin 11/1/2023

C 没有指定它，因为它不是 C 的事。由于 C 没有指定它，因此由应用程序程序员以适当的方式处理它。

0赞 chux - Reinstate Monica 11/1/2023

@Lundin C23/24 正在冒险进入字节序领域，至少在整数方面是这样，使用 .看看一旦它在这里，它是如何发挥作用的。__STDC_ENDIAN_BIG__, __STDC_ENDIAN_LITTLE__, __STDC_ENDIAN_NATIVE__

0赞 Lundin 11/1/2023

这些只是功能，省去了你编写一个小宏来检查它的麻烦 - C 仍然没有规定 CPU 具有哪个字节。不过，确实提供了各种奇怪的、据说是便携式的功能。stdbit.h

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使用联合操作浮点位：查找适合浮点数的正确 uint 类型

Manipulating float bits using unions: Finding the correct uint type that fits the float

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