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系統的講解 - PHP 浮點數高精度運算

2020-09-24 08:47:02 後端開發

記錄下,作業中遇到的坑 ...

關于 PHP 浮點數運算,特別是金融行業、電子商務訂單管理、資料報表等相關業務,利用浮點數進行加減乘除時,稍不留神運算結果就會出現偏差,輕則損失幾十萬,重則會有信譽損失,甚至吃上官司,我們一定要引起高度重視!
浮點數運算的“鍋”

  

 //加    
    $a = 0.1;    
    $b = 0.7;    
    $c = intval(($a + $b) * 10);    
    echo $c."<br>";    
    //輸出:7    
    //減    
    $a = 100;    
    $b = 99.98;    
    $c = $a - $b;    
    echo $c."<br>";    
    //輸出:0.019999999999996    
    //乘    
    $a = 0.58;    
    $b = 100;    
    $c = intval($a * $b);    
    echo $c."<br>";    
    //輸出:57    
    //除    
    $a = 0.7;    
    $b = 0.1;    
    $c = intval($a / $b);    
    echo $c."<br>";    
    //輸出:6

 



上面的結果,顯然不是我們想要的!

PHP 官方手冊解釋如下:

    浮點數的精度有限,盡管取決于系統,PHP 通常使用 IEEE 754 雙精度格式,則由于取整而導致的最大相對誤差為 1.11e-16,非基本數學運算可能會給出更大誤差,并且要考慮到進行復合運算時的誤差傳遞,永遠不要相信浮點數結果精確到了最后一位,也永遠不要比較兩個浮點數是否相等,如果確實需要更高的精度,應該使用 任意精度數學函式 或者 gmp 函式,

這里的關鍵在于,浮點數的小數用二進制的表示,轉換程序如下:

    將小數乘以2,取整數部分表示第一位;

    將小數部分乘以2,取整數部分表示第二位;

    再將小數部分乘以2,取整數部分表示第三位;

    ... 依次類推,直到小數部分為0;

例:0.58

 

  0.58 * 2 = 1.16 ---> 1

    0.16 * 2 = 0.32 ---> 0

    0.32 * 2 = 0.64 ---> 0

    0.64 * 2 = 1.28 ---> 1

    0.28 * 2 = 0.56 ---> 0

    0.56 * 2 = 1.12 ---> 1

    0.12 * 2 = 0.24 ---> 0

    0.24 * 2 = 0.48 ---> 0

    0.48 * 2 = 0.96 ---> 0

    0.96 * 2 = 1.92 ---> 1

    ...

 



我們會得到一個無限回圈的二進制小數:

0.1001010001...

小數部分出現回圈,有限的二進制位無法準確的表示一個小數,這也就是小數運算出現誤差的原因,

接下來給大家介紹 任意精度數學函式,
任意精度數學函式

對于任意精度的數學,PHP 提供了支持用字串表示的任意大小和精度的數字的二進制計算,

BCMath:BC 是 Binary Calculator 的縮寫,

官方手冊:http://php.net/manual/zh/book.bc.php

大家在使用前,請先確認是否已安裝 bcmath,

 

  //加    
    $a = 0.1;    
    $b = 0.7;    
    $c = intval(bcadd($a, $b, 1) * 10);    
    echo $c."<br>";    
    //輸出:8    
    //減    
    $a = 100;    
    $b = 99.98;    
    $c = bcsub($a, $b, 2);    
    echo $c."<br>";    
    //輸出:0.02    
    //乘    
    $a = 0.58;    
    $b = 100;    
    $c = intval(bcmul($a, $b));    
    echo $c."<br>";    
    //輸出:58    
    //除    
    $a = 0.7;    
    $b = 0.1;    
    $c = intval(bcdiv($a, $b));    
    echo $c."<br>";    
    //輸出:7

 



除了加減乘除,bcmath 還提供了以下方法:

    bccomp 比較兩個任意精度的數字

    bcmod 對一個任意精度數字取模

    bcpow 任意精度數字的乘方

    bcpowmod 高精度數字乘方求模

    bcscale 設定所有bc數學函式的默認小數點保留位數

    bcsqrt 任意精度數字的二次方根

常用數值處理方案
舍去法取整(向下取整)

    echo floor(5.1);    
    //輸出:5    
    echo floor(8.8);    
    //輸出:8

 


進一法取整(向上取整)

    echo ceil(5.1);    
    //輸出:6    
    echo ceil(8.8);    
    //輸出:9

 



普通四舍五入法

  

 echo round(5.1);    
    //輸出:5    
    echo round(8.8);    
    //輸出:9    
    //保留兩位小數并且進行四舍五入    
    echo round(5.123, 2);    
    //輸出:5.12    
    echo round(8.888, 2);    
    //輸出:8.89    
    //保留兩位小數并且不進行四舍五入    
    echo substr(round(5.12345, 3), 0, -1);    
    //輸出:5.12    
    echo substr(round(8.88888, 3), 0, -1);    
    //輸出:8.88

 

這里我還準備了一分學習圖和資料,如下:

鏈接:https://pan.baidu.com/s/1v5gm7n0L7TGyejCmQrMh2g 提取碼:x2p5

免費分享,但是X度限制嚴重,如若鏈接失效點擊鏈接或搜索加群 群號518475424,


銀行家舍入法

四舍六入五考慮,五后非空就進一,五后為空看奇偶,五前為偶應舍去,五前為奇要進一,

保留兩位小數,例:

    1.2849 = 1.28 -> 四舍

    1.2866 = 1.29 -> 六入

    1.2851 = 1.29 -> 五后非空就進一

    1.2850 = 1.28 -> 五后為空看奇偶,五前為偶應舍去

    1.2750 = 1.28 -> 五后為空看奇偶,五前為奇要進一

實作代碼如下:

    echo round(1.2849, 2, PHP_ROUND_HALF_EVEN);    
    //輸出:1.28    
    echo round(1.2866, 2, PHP_ROUND_HALF_EVEN);    
    //輸出:1.29    
    echo round(1.2851, 2, PHP_ROUND_HALF_EVEN);    
    //輸出:1.29    
    echo round(1.2850, 2, PHP_ROUND_HALF_EVEN);    
    //輸出:1.28    
    echo round(1.2750, 2, PHP_ROUND_HALF_EVEN);    
    //輸出:1.28

 



更多 round 使用說明,請查閱官方手冊:

http://php.net/manual/zh/function.round.php
數值格式化(千位分組)

應用于金額的展示,比如我們經常會看的銀行卡余額,

    echo number_format('10000.98', 2, '.', ',');    
    //輸出:10,000.98    
    echo number_format('340888999', 2, '.', ',');    
    //輸出:340,888,999.00

 



擴展
MySQL 浮點型欄位

在 MySQL 中,創建表欄位時也有浮點數型別,

浮點數型別包括單精度浮點數(float)和雙精度浮點數(double),

同理,不建議使用浮點數型別!!!

浮點數存在誤差,當我們使用精度敏感的資料時,應該使用定點數(decimal)進行存盤,
小結

通過浮點數精度的問題,了解到浮點數的小數用二進制的表示,

分享了用 PHP 任意精度數學函式,來進行高精度運算,

同時分享了常用數值處理方案,比如舍去法、進一法、四舍五入法、銀行家舍入法、數值格式化 等,

最后,通過 PHP 的 float 聯想到 MySQL 的 float,

以后,在使用浮點數運算的時候,一定要慎之又慎,細節決定成敗,

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/117790.html

標籤:PHP

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