js為什么不能正確處理小數運算?

jopen 8年前發布 | 9K 次閱讀 JavaScript開發 JavaScript

var sum = 0;
for(var i = 0; i < 10; i++) {
  sum += 0.1;
}

console.log(sum);</pre>

上面的程序會輸出1嗎?

你有必要知道的 25 個 JavaScript 面試題 一文中,第 8 個題淺顯的說了下 js 為什么不能正確處理小數運算的問題。今天重拾舊題,更深層次的剖析下這個問題。

但要先說明的是,不能正確處理小數的運算并不是 JavaScript 語言本身的設計錯誤,其它高級編程語言,如C,Java等,也是不能正確處理小數運算的:

#include <stdio.h>

void main(){
    float sum;
    int i;

    sum = 0;

    for(i = 0;  i < 100; i++) {
        sum += 0.1;
    }

    printf('%f\n', sum);  //10.000002
}

數在計算機內部的表示

我們都知道,用高級編程語言編寫的程序需要經過解釋、編譯等操作轉變成 CPU(Central Processing Unit) 可以識別的機器語言才能運行,而對 CPU 來說,它不識別數的十進制、八進制和十六進制等,我們在程序中聲明的這些進制數都會被轉成二進制數進行運算。

為什么不是轉換成三進制數進行運算呢?

計算機內部是由很多的 IC (Integrated Circuit: 集成電路) 這種電子部件構成的,它的長相大概是這樣子:

js為什么不能正確處理小數運算?

IC 有很多種形狀,在其兩側或內部并排排列著很多引腳(圖示只畫出了一側)。IC 的所有引腳,只有直流電壓 0V 或 5V 兩個狀態,即一個 IC 引腳只能表示兩個狀態。IC 的這個特性就決定了計算機內部的數據只能用二進制數處理。

由于 1 位(一個引腳)只能表示兩個狀態,所以二進制的計算方式就變成了 0、1、10、11、100….這種形式:

js為什么不能正確處理小數運算?

所以,在數的運算中,所有操作數都會被轉成二進制數參與運算,如39,會被轉換成二進制 00100111

小數的二進制表示

如前文所說,程序中的數據都會被轉換成二進制數,小數參與運算時,也會被轉成二進制,如十進制的11.1875 會被轉換成1101.0010。

小數點后 4 位用二進制數表示的數值范圍是 0.0000~0.1111,因此,這只能表示 0.5、0.25、0.125、0.0625 這四個十進制數以及小數點后面的位權組合(相加)而成的小數:

二進制數 對應的十進制數
0.0000 0
0.0001 0.0625
0.0010 0.125
0.0011 0.1875
0.0100 0.25
0.1000 0.5
0.1001 0.5625
0.1010 0.625
0.1011 0.6875
0.1111 0.9375

從上表可以看出,十進制數 0 的下一位是 0.0625,所以,0~0.0625 之間的小數,就無法用小數點后 4 位數的二進制數表示;如果增加二進制數小數點后面的位數,與其相對應的十進制數的個數也會增加,但無論增加多少位,都無法得到 0.1 這個結果。實際上,0.1 轉換成二進制是 0.00110011001100110011…… 注意 0011 是無限重復的:

console.log(0.2+0.1);

//操作數的二進制表示
0.1 => 0.0001 1001 1001 1001…(無限循環)
0.2 => 0.0011 0011 0011 0011…(無限循環)

js 的 Number 類型并沒有像 C / Java 等分整型、單精度、雙精度等,而是統一表現為雙精度浮點型。按照 IEEE 的規定,單精度浮點數用 32 位表示全體小數,而雙精度浮點數用 64 位表示全體小數,而浮點數由符號、尾數、指數和基數組成,所以并不是所有的位數都用來表示小數,符號、指數等也要占據位數,基數不占據位數:

js為什么不能正確處理小數運算?

雙精度浮點數的小數部分最多支持 52 位,所以兩者相加之后得到這么一串 0.0100110011001100110011001100110011001100…因浮點數小數位的限制而截斷的二進制數字,這時候,再把它轉換為十進制,就成了 0.30000000000000004。

總結

js 不能正確處理小數運算,包括其它高級編程語言一樣,這不是語言本身的設計錯誤,而是計算機內部本身就不能正確處理小數的運算,對小數的運算往往會得到意想不到的結果, 因為并不是所有的十進制小數能被二進制表示。

參考

《程序是怎么跑起來的》

來自: http://www.ido321.com/1661.html

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