Go语言浮点数精度问题与格式化技巧

Go语言浮点数精度问题与格式化技巧

在现代编程中，浮点数是我们经常处理的基本数据类型。然而，浮点数的精度问题一直是编程语言中一个令人头痛的难题，Go语言也不例外。尤其是在涉及财务计算、科学计算等需要高精度的场景时，浮点数的误差可能带来严重的后果。本文将重点讨论 Go 语言中的浮点数精度问题，探讨如何通过合理的声明和格式化技巧来减少误差，帮助开发者写出更健壮、精确的代码。

Go语言提供了两种浮点数类型：float32 和 float64。其中，float64 是默认的浮点数类型，提供了更高的精度，但也带来了一些精度误差，尤其在计算过程中需要小数点精度时。在本篇文章中，我们将深入解析浮点数的声明、使用以及精度控制，介绍 Go 语言中的常见陷阱和如何避免浮点数误差带来的问题。通过结合实际的代码示例，我们将展示如何使用 fmt.Printf 来格式化浮点数输出，从而让数值显示更加精确。此外，我们还将探讨如何比较浮点数，以避免因微小误差导致的逻辑问题。

实数

声明浮点型变量

• 下面这三个语句的效果是一样的：

  • days := 365.2425
  • var days = 365.2425
  • var days float64 = 365.2425

• 只要数字含有小数部分，那么它的类型就是float64

声明浮点型变量

• 如果你使用一个整数来初始化某个变量，那么你必须指定它的类型为float64，否则它就是一个整数类型：

  • var answer float64 = 42

测试

• answer是什么类型？

  • answer := 42.0

单精度浮点数类型

• Go语言里有两种浮点数类型：

• 默认是float64

  • 64位的浮点类型
  • 占用8字节内存
  • 某些编程语言把这种类型叫做double（双精度）

• float32

  • 占用4字节内存
  • 精度比float64低
  • 有时叫做单精度类型

单精度浮点类型

• 想要使用单精度类型，你必须在声明变量的时候指定该类型

var pi64 = math.Pi
var pi32 float32 = math.Pi
fmt.Println("pi64: ", pi64)
fmt.Println("pi32: ", pi32)

单双精度的使用场景

• 当处理大量数据时，例如3D游戏中的数千个顶点，使用float32牺牲精度来节省内存是很有意义的。
• math包里面的函数操作的都是float64类型，所以应该首选使用float64，除非你有足够的理由不去使用它。

零值

• Go里面每个类型都有一个默认值，它称作零值。
• 当你声明变量却不对它进行初始化的时候，它的值就是零值。

var price float64
fmt.Println("price: ", price)

price1 := 0.0
fmt.Println("price: ", price1)

显示浮点类型

• 使用Print或Println打印浮点类型的时候，默认的行为是尽可能的多显示几位小数
• 如果你不想这样，那么你应该使用Printf函数，结合%f格式化动词来指定显示小数的位数：

third := 1.0 / 3
fmt.Println(third)
fmt.Printf("%v\n", third)
fmt.Printf("%f\n", third)
fmt.Printf("%.3f\n", third)
fmt.Printf("%4.2f\n", third)

运行

Code/go/hello via 🐹 v1.20.3 
➜ go run main.go 
0.3333333333333333
0.3333333333333333
0.333333
0.333
0.33

Code/go/hello via 🐹 v1.20.3 
➜ 

%f 格式化动词

• 它由两部分组成：

• 宽度：会显示出的最少字符个数（包含小数点和小数）

  • 如果宽度大于数字的个数，那么左边会填充空格
  • 如果没指定宽度，那么就按实际的位数进行显示

• 精度：小数点后边显示的位数

• 如果想使用0代替空格作为填充：

  • fmt.Printf("%05.2f\n", third)

浮点类型的精度

third := 1.0 / 3.0
fmt.Println(third + third + third)

piggyBank := 0.1
piggyBank += 0.2
fmt.Println(piggyBank)

可以看到，浮点类型不适合用于金融类计算为了尽量最小化舍入错误，建议先做乘法，再做除法

• 可以看到，浮点类型不适合用于金融类计算
• 为了尽量最小化舍入错误，建议先做乘法，再做除法

celsius := 21.0
fmt.Print((celsius/5.0*9.0)+32, "° F\n")
fmt.Print((9.0/5.0*celsius)+32, "° F\n")

celsius := 21.0
fahrenheit := (celsius * 9.0 / 5.0) + 32.0
fmt.Print(fahrenheit, "° F")

问题

• 如何避免上述的舍入错误？

如何比较浮点类型

piggyBank := 0.1
piggyBank += 0.2
fmt.Println(piggyBank == 0.3)

fmt.Println(math.Abs(piggyBank-0.3) < 0.0001)

作业题

• 编写一个程序：

  • 随机地将五分镍币（0.05美元）、一角硬币（0.10美元）和25美分硬币（0.25美元）放入一个空的储蓄罐，直到里面至少有20美元。
  • 每次存款后显示存钱罐的余额
  • 并以适当的宽度和精度格式化。

总结

浮点数精度问题是计算机编程中的常见难题，Go语言通过 float32 和 float64 两种类型为我们提供了灵活的选择，但也因此产生了浮点数计算精度不足的问题。开发者在使用浮点数时需要特别小心，尤其是在涉及金额、科学计算等高精度需求的场景。通过合理的格式化输出和精度控制，可以有效地减少精度误差，提升程序的可靠性。掌握浮点数的精度控制技巧和输出格式化方式，不仅能让我们的代码更加健壮，也能避免一些常见的错误和陷阱。希望通过本文的讲解，你能在 Go 语言开发中更好地理解和运用浮点数类型，编写出更高效、更准确的程序。