C - Serialisierung der Gleitkommazahlen (floats, Doppel)

Question

Wie eine Gleitkommazahl in eine Folge von Bytes zu konvertieren, so dass sie in einer Datei beibehalten werden können? Ein solcher Algorithmus muss schnell und sehr portabel sein. Es muss damit auch die entgegengesetzte Operation, Deserialisierung. Es wäre schön, wenn auch nur sehr kleiner Überschuss von Bits pro Wert (persistent Raum) erforderlich ist.

Answer 1

Angenommen, Sie Mainstream-Compiler verwenden, Gleitkommazahlen in C und C ++ obey dem IEEE-Standard und wenn in binärer Form in eine Datei geschrieben werden, können in jeder anderen Plattform gewonnen werden, vorausgesetzt, dass Sie schreiben und lesen das gleiche Byte Endianess mit . Also mein Vorschlag ist: eine Endianess der Wahl holen, und vor dem Schreiben oder nach der Lektüre, zu überprüfen, ob das Endianess der gleichen wie in der aktuellen Plattform ist; wenn nicht, tauschen nur die Bytes.

Answer 2

Sie konnten immer auf IEEE-754-Format in einer festen Byte-Reihenfolge (entweder Little-Endian oder Big-Endian) konvertieren. Für die meisten Maschinen, würde entweder nichts oder ein einfaches Bytetauschen serialisiert und deserialize erfordern. Eine Maschine, die nicht IEEE-754 unterstützt nativ benötigen einen Konverter geschrieben, aber tun, dass mit ldexp und frexp (stanard C-Bibliotheksfunktionen) und Bit-Shuffling nicht zu hart ist.

Answer 3

Dies könnte Ihnen einen guten Start -. Es packt einen Gleitkommawert in einen int und long long Paar, die Sie dann serialise auf die übliche Art und Weise

#define FRAC_MAX 9223372036854775807LL /* 2**63 - 1 */

struct dbl_packed
{
    int exp;
    long long frac;
};

void pack(double x, struct dbl_packed *r)
{
    double xf = fabs(frexp(x, &r->exp)) - 0.5;

    if (xf < 0.0)
    {
        r->frac = 0;
        return;
    }

    r->frac = 1 + (long long)(xf * 2.0 * (FRAC_MAX - 1));

    if (x < 0.0)
        r->frac = -r->frac;
}

double unpack(const struct dbl_packed *p)
{
    double xf, x;

    if (p->frac == 0)
        return 0.0;

    xf = ((double)(llabs(p->frac) - 1) / (FRAC_MAX - 1)) / 2.0;

    x = ldexp(xf + 0.5, p->exp);

    if (p->frac < 0)
        x = -x;

    return x;
}

Answer 4

Was meinst du, "portable"?

Für Portabilität, denken Sie daran, die Zahlen zu halten innerhalb der in der Norm festgelegten Grenzen. Eine einzelne Zahl außerhalb dieser Grenzen verwenden, und es geht alles Portabilität des Bach runter

double planck_time = 5.39124E-44; /* second */

---

5.2.4.2.2 Eigenschaften von Typen floating

[...]
10   The values given in the following list shall be replaced by constant
     expressions with implementation-defined values [...]
11   The values given in the following list shall be replaced by constant
     expressions with implementation-defined values [...]
12   The values given in the following list shall be replaced by constant
     expressions with implementation-defined (positive) values [...]
[...]

Beachten Sie die Implementierung definiert in allen diesen Klauseln.

Answer 5

Umwandlung in eine ASCII-Darstellung wäre die einfachste, aber wenn Sie mit einer riesigen Anzahl von Schwimmern befassen müssen, dann sollten Sie natürlich binär gehen. Aber dies kann eine heikle Angelegenheit sein, wenn Sie über Portabilität kümmern. Gleitkommazahlen werden unterschiedlich dargestellt in verschiedenen Maschinen.

Wenn Sie nicht über eine Dosen Bibliothek verwenden möchten, dann Float-binary Serializer / Deserializer einfach haben müssen „einen Vertrag“ auf, wo jedes Bit landet und was es darstellt.

Hier ist ein Spaß Website, um Hilfe mit, dass:. Link

Answer 6

sprintf, fprintf? Sie nicht mehr tragbar bekommen als das.

Answer 7

Was Niveau Portabilität benötigen Sie? Wenn die Datei, die auf einem Computer mit dem gleichen Betriebssystem gelesen werden, dass es erzeugt auf, als Sie eine Binärdatei verwenden und nur das Speichern und Wiederherstellen des Bitmuster funktionieren soll. Sonst wie boytheo sagte, ASCII ist dein Freund.

Answer 8

Diese Version hat mehr als nur ein Byte pro Gleitkommawert die endianness anzuzeigen. Aber ich denke, es aber noch nicht sehr tragbar ist.

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>

#define LITEND      'L'
#define BIGEND      'B'

typedef short               INT16;
typedef int                 INT32;
typedef double              vec1_t;

 typedef struct {
    FILE            *fp;
} WFILE, RFILE;

#define w_byte(c, p)    putc((c), (p)->fp)
#define r_byte(p)       getc((p)->fp)

static void w_vec1(vec1_t v1_Val, WFILE *p)
{
    INT32   i;
    char    *pc_Val;

    pc_Val = (char *)&v1_Val;

    w_byte(LITEND, p);
    for (i = 0; i<sizeof(vec1_t); i++)
    {
        w_byte(pc_Val[i], p);
    }
}


static vec1_t r_vec1(RFILE *p)
{
    INT32   i;
    vec1_t  v1_Val;
    char    c_Type,
            *pc_Val;

    pc_Val = (char *)&v1_Val;

    c_Type = r_byte(p);
    if (c_Type==LITEND)
    {
        for (i = 0; i<sizeof(vec1_t); i++)
        {
            pc_Val[i] = r_byte(p);
        }
    }
    return v1_Val;
}

int main(void)
{
    WFILE   x_FileW,
            *px_FileW = &x_FileW;
    RFILE   x_FileR,
            *px_FileR = &x_FileR;

    vec1_t  v1_Val;
    INT32   l_Val;
    char    *pc_Val = (char *)&v1_Val;
    INT32   i;

    px_FileW->fp = fopen("test.bin", "w");
    v1_Val = 1234567890.0987654321;
    printf("v1_Val before write = %.20f \n", v1_Val);
    w_vec1(v1_Val, px_FileW);
    fclose(px_FileW->fp);

    px_FileR->fp = fopen("test.bin", "r");
    v1_Val = r_vec1(px_FileR);
    printf("v1_Val after read = %.20f \n", v1_Val);
    fclose(px_FileR->fp);
    return 0;
}

Answer 9

Hier gehen wir.

Tragbare IEEE 754 Serialisierung / Deserialisierung das sollte arbeitet unabhängig von der inneren Punkt der Maschine floating Darstellung.

https://github.com/MalcolmMcLean/ieee754

/*
* read a double from a stream in ieee754 format regardless of host
*  encoding.
*  fp - the stream
*  bigendian - set to if big bytes first, clear for little bytes
*              first
*
*/
double freadieee754(FILE *fp, int bigendian)
{
    unsigned char buff[8];
    int i;
    double fnorm = 0.0;
    unsigned char temp;
    int sign;
    int exponent;
    double bitval;
    int maski, mask;
    int expbits = 11;
    int significandbits = 52;
    int shift;
    double answer;

    /* read the data */
    for (i = 0; i < 8; i++)
        buff[i] = fgetc(fp);
    /* just reverse if not big-endian*/
    if (!bigendian)
    {
        for (i = 0; i < 4; i++)
        {
            temp = buff[i];
            buff[i] = buff[8 - i - 1];
            buff[8 - i - 1] = temp;
        }
    }
    sign = buff[0] & 0x80 ? -1 : 1;
    /* exponet in raw format*/
    exponent = ((buff[0] & 0x7F) << 4) | ((buff[1] & 0xF0) >> 4);

    /* read inthe mantissa. Top bit is 0.5, the successive bits half*/
    bitval = 0.5;
    maski = 1;
    mask = 0x08;
    for (i = 0; i < significandbits; i++)
    {
        if (buff[maski] & mask)
            fnorm += bitval;

        bitval /= 2.0;
        mask >>= 1;
        if (mask == 0)
        {
            mask = 0x80;
            maski++;
        }
    }
    /* handle zero specially */
    if (exponent == 0 && fnorm == 0)
        return 0.0;

    shift = exponent - ((1 << (expbits - 1)) - 1); /* exponent = shift + bias */
    /* nans have exp 1024 and non-zero mantissa */
    if (shift == 1024 && fnorm != 0)
        return sqrt(-1.0);
    /*infinity*/
    if (shift == 1024 && fnorm == 0)
    {

#ifdef INFINITY
        return sign == 1 ? INFINITY : -INFINITY;
#endif
        return  (sign * 1.0) / 0.0;
    }
    if (shift > -1023)
    {
        answer = ldexp(fnorm + 1.0, shift);
        return answer * sign;
    }
    else
    {
        /* denormalised numbers */
        if (fnorm == 0.0)
            return 0.0;
        shift = -1022;
        while (fnorm < 1.0)
        {
            fnorm *= 2;
            shift--;
        }
        answer = ldexp(fnorm, shift);
        return answer * sign;
    }
}


/*
* write a double to a stream in ieee754 format regardless of host
*  encoding.
*  x - number to write
*  fp - the stream
*  bigendian - set to write big bytes first, elee write litle bytes
*              first
*  Returns: 0 or EOF on error
*  Notes: different NaN types and negative zero not preserved.
*         if the number is too big to represent it will become infinity
*         if it is too small to represent it will become zero.
*/
int fwriteieee754(double x, FILE *fp, int bigendian)
{
    int shift;
    unsigned long sign, exp, hibits, hilong, lowlong;
    double fnorm, significand;
    int expbits = 11;
    int significandbits = 52;

    /* zero (can't handle signed zero) */
    if (x == 0)
    {
        hilong = 0;
        lowlong = 0;
        goto writedata;
    }
    /* infinity */
    if (x > DBL_MAX)
    {
        hilong = 1024 + ((1 << (expbits - 1)) - 1);
        hilong <<= (31 - expbits);
        lowlong = 0;
        goto writedata;
    }
    /* -infinity */
    if (x < -DBL_MAX)
    {
        hilong = 1024 + ((1 << (expbits - 1)) - 1);
        hilong <<= (31 - expbits);
        hilong |= (1 << 31);
        lowlong = 0;
        goto writedata;
    }
    /* NaN - dodgy because many compilers optimise out this test, but
    *there is no portable isnan() */
    if (x != x)
    {
        hilong = 1024 + ((1 << (expbits - 1)) - 1);
        hilong <<= (31 - expbits);
        lowlong = 1234;
        goto writedata;
    }

    /* get the sign */
    if (x < 0) { sign = 1; fnorm = -x; }
    else { sign = 0; fnorm = x; }

    /* get the normalized form of f and track the exponent */
    shift = 0;
    while (fnorm >= 2.0) { fnorm /= 2.0; shift++; }
    while (fnorm < 1.0) { fnorm *= 2.0; shift--; }

    /* check for denormalized numbers */
    if (shift < -1022)
    {
        while (shift < -1022) { fnorm /= 2.0; shift++; }
        shift = -1023;
    }
    /* out of range. Set to infinity */
    else if (shift > 1023)
    {
        hilong = 1024 + ((1 << (expbits - 1)) - 1);
        hilong <<= (31 - expbits);
        hilong |= (sign << 31);
        lowlong = 0;
        goto writedata;
    }
    else
        fnorm = fnorm - 1.0; /* take the significant bit off mantissa */

    /* calculate the integer form of the significand */
    /* hold it in a  double for now */

    significand = fnorm * ((1LL << significandbits) + 0.5f);


    /* get the biased exponent */
    exp = shift + ((1 << (expbits - 1)) - 1); /* shift + bias */

    /* put the data into two longs (for convenience) */
    hibits = (long)(significand / 4294967296);
    hilong = (sign << 31) | (exp << (31 - expbits)) | hibits;
    x = significand - hibits * 4294967296;
    lowlong = (unsigned long)(significand - hibits * 4294967296);

writedata:
    /* write the bytes out to the stream */
    if (bigendian)
    {
        fputc((hilong >> 24) & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 16) & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 8) & 0xFF, fp);
        fputc(hilong & 0xFF, fp);

        fputc((lowlong >> 24) & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 16) & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 8) & 0xFF, fp);
        fputc(lowlong & 0xFF, fp);
    }
    else
    {
        fputc(lowlong & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 8) & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 16) & 0xFF, fp);
        fputc((lowlong >> 24) & 0xFF, fp);

        fputc(hilong & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 8) & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 16) & 0xFF, fp);
        fputc((hilong >> 24) & 0xFF, fp);
    }
    return ferror(fp);
}

Answer 10

fwrite (), fread ()? Sie wollen wahrscheinlich binär, und Sie können nicht packen die Bytes jeder straffer, wenn Sie Genauigkeit opfern wollen, die Sie im Programm tun würde, und dann fwrite () fread () sowieso; schweben a; Doppel b; a = (float) b; fwrite (& A, 1, sizeof (a), fp);

Wenn Sie tragen verschiedene Gleitkommaformat um sie in einem geraden binären Sinne nicht konvertieren können, so dass Sie die Bits auseinander nehmen müssen können und die Mathematik führen, dies auf die Macht, die Plus dieses etc. IEEE 754 ist ein schrecklicher Standard zu verwenden, aber weit verbreitet, so dass es den Aufwand minimieren würde.