跨平台网络代码是否需要序列化浮点数？

Question

我正在阅读本关于网络编程的指南，我非常喜欢：https://beej.us/guide/bgnet/html/split/slightly-advanced-techniques.html#serialization

不过我对某些事情感到困惑。在关于序列化的这一节中，他讨论了出于字节排序原因而序列化 int，这对我来说很有意义，但他还包括这两个函数 pack754 和 unpack754，用于以 IEEE-754 格式序列化浮点数。

uint64_t pack754(long double f, unsigned bits, unsigned expbits)
{
    long double fnorm;
    int shift;
    long long sign, exp, significand;
    unsigned significandbits = bits - expbits - 1; // -1 for sign bit

    if (f == 0.0) return 0; // get this special case out of the way

    // check sign and begin normalization
    if (f < 0) { sign = 1; fnorm = -f; }
    else { sign = 0; fnorm = f; }

    // 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--; }
    fnorm = fnorm - 1.0;

    // calculate the binary form (non-float) of the significand data
    significand = fnorm * ((1LL<<significandbits) + 0.5f);

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

    // return the final answer
    return (sign<<(bits-1)) | (exp<<(bits-expbits-1)) | significand;
}

long double unpack754(uint64_t i, unsigned bits, unsigned expbits)
{
    long double result;
    long long shift;
    unsigned bias;
    unsigned significandbits = bits - expbits - 1; // -1 for sign bit

    if (i == 0) return 0.0;

    // pull the significand
    result = (i&((1LL<<significandbits)-1)); // mask
    result /= (1LL<<significandbits); // convert back to float
    result += 1.0f; // add the one back on

    // deal with the exponent
    bias = (1<<(expbits-1)) - 1;
    shift = ((i>>significandbits)&((1LL<<expbits)-1)) - bias;
    while(shift > 0) { result *= 2.0; shift--; }
    while(shift < 0) { result /= 2.0; shift++; }

    // sign it
    result *= (i>>(bits-1))&1? -1.0: 1.0;

    return result;
}

令我困惑的是，这些函数的工作原理是查看第一位的符号，然后查看接下来的 X 位的指数，然后查看接下来的 Y 位的尾数。那么这是否意味着浮点必须在主机上采用 IEEE-754 格式才能工作？

这只是为了解释格式，还是您在现实生活中实际上会这样做？

Answer 1

那么这是否意味着浮点必须在主机上采用 IEEE-754 格式才能工作？

不，即使

long double

不是 IEEE，打包/解包也会“工作”（请参阅以下问题）。

这只是为了解释格式，还是您在现实生活中实际上会这样做？

看起来像学习者代码。 我不会使用提供的打包/解包代码，因为它的弱点（如下），尤其是 2 个very低效

while

循环。

---

pack754()

至少有这些缺点：

• if (f == 0.0) return 0;

  在序列化过程中会丢失信息，因为它对于 +0.0 和 -0.0 都返回 0。 测试 FP 符号位时，不要使用

  if (f < 0)

  ，而是使用

  if (signbit(f))

  ，即使

  f

  为零或 NAN，也能很好地提取符号位。

• long double

  可能超过 64 位，因此

  uint64_t pack754(long double f, unsigned bits, unsigned expbits)

  在尝试打包为 64 位时会丢失信息。 我想 OP 正在容忍这种信息丢失。

• 1LL<<significandbits

  是溢出时的 UB (

  significandbits >= 63

  )。

  1ULL<<significandbits

  有一些优势，但溢出 (

  significandbits >= 64

  ) 仍然是一个问题。

• 将

  float

  数学与后来的

  long double

  数学一起使用是短视的。

   ((1LL<<significandbits) + 0.5L)

  更有意义。

• 与代码中的

  while(fnorm >= 2.0)

  不同，使用

  long double frexpl(long double value, int *p)

  来提取标准化值和指数。 使用

  long double ldexpl(long double x, int p)

  重新组合。

• + 0.5f

  圆角有很多拐角问题。 最好使用

  lround()

  和朋友。

• ...

---

对于 FP 值的简单跨平台交换，我会考虑

sprintf(buf, "%La", x)

到 pack 和

strtold()

到 unpack。