C - La serialización de los números de punto flotante (flotadores, dobles)

Question

Cómo convertir un número en coma flotante en una secuencia de bytes para que pueda ser persistente en un archivo? Tal algoritmo debe ser rápido y altamente portátil. Debe permitir también la operación contraria, deserialización. Sería bueno si sólo se requiere muy pequeño exceso de bits por valor (espacio persistente).

Answer 1

Si se asume que está utilizando compiladores de corriente, valores de punto en C y C flotando ++ obedecer el estándar IEEE y cuando se escribe en formato binario en un archivo puede recuperarse en cualquier otra plataforma, siempre y cuando se escribe y lee con el mismo endianess bytes . Así que mi sugerencia es: elegir un endianess de elección, y antes de escribir o después de leer, asegurarse de que ese endianess es el mismo que en la plataforma actual; Si no, simplemente intercambiar los bytes.

Answer 2

Siempre se puede convertir a formato IEEE-754 en un orden de bytes fijo (ya sea poco endian o big endian). Para la mayoría de las máquinas, que requeriría o bien nada en absoluto o un simple intercambio de bytes para serializar y deserializar. Una máquina que no es compatible con IEEE-754 de forma nativa necesitará un convertidor escrito, pero haciendo eso con ldexp y frexp (funciones stanard C biblioteca) y barajar bits no es demasiado duro.

Answer 3

Esto podría darle un buen comienzo -. Que los paquetes de un valor de punto flotante en un par int y long long, que luego se puede serializar en la forma habitual

#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

¿Qué quiere decir, "portátil"?

Para un transporte, recuerde que debe mantener los números dentro de los límites definidos en la Norma:. Usar un solo número fuera de estos límites, y no va todo portabilidad por el desagüe

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

---

5.2.4.2.2 Características de los tipos

flotantes

[...]
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 [...]
[...]

Tenga en cuenta los definido por la implementación en todas estas cláusulas.

Answer 5

Conversión a una representación ASCII sería el más simple, pero si usted necesita para hacer frente a un número colosal de los flotadores, entonces por supuesto que debe ir binario. Pero esto puede ser un asunto complicado si se preocupan por la portabilidad. números de coma flotante se representan de forma diferente en diferentes máquinas.

Si no desea utilizar una biblioteca en lata, entonces su flotante binario serializador / deserializer simplemente tendrá que tener "un contrato" en el que cada bit tierras y lo que representa.

He aquí un divertido sitio web para ayudar con lo siguiente:. enlace

Answer 6

sprintf, fprintf? usted no recibe ninguna más portátil que eso.

Answer 7

¿Qué nivel de portabilidad necesita? Si el archivo se ha de leer en un ordenador con el mismo sistema operativo que se generó en adelante, de lo que el uso de un archivo binario y simplemente guardar y restaurar el patrón de bits debería funcionar. De lo contrario, como dijo boytheo, ASCII es su amigo.

Answer 8

Esta versión cuenta con más de un solo byte por un valor de punto flotante para indicar el orden de bits. Pero creo, todavía no es muy portable sin embargo.

#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

Aquí vamos.

Portable IEEE 754 serialización / deserialización que debe trabajar independientemente de punto flotante interno de la máquina la representación.

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 ()? Es probable que desee binario, y no se puede empacar los bytes deben reducirse a menos que quiere renunciar a la precisión que se haría en el programa y luego fwrite () fread () de todos modos; flotar a; doble B; a = (float) b; fwrite (& a, 1, sizeof (a), fp);

Si usted está llevando diferentes formatos flotantes alrededor del punto de que no pueden convertir en un sentido binario directo, por lo que puede que tenga que machacar a los bits y realizar los cálculos, esto con el poder que además de esto, etc. IEEE 754 es una terrible estándar para su uso generalizado, pero por lo que sería minimizar el esfuerzo.