C语言 浮动点变量与浮动点字面量进行比较问题

1、问题简介

在 C 或 C++ 中，直接比较浮动点数（例如 a == b）可能会产生意外的结果。这种情况发生的原因是浮动点数在内存中的存储方式，可能无法精确表示某些小数。

#include <stdio.h>

int main() {
    float a = 0.1f;       // 声明一个 float 类型变量
    if (a == 0.1) {       // 与浮动点字面量比较
        printf("Equal\n");
    } else {
        printf("Not Equal\n");
    }
    return 0;
}

2、问题原因

C语言中，用浮点变量和浮点字面量进行比较时可能会遇到不精确的问题。这是由于浮点数的存储方式造成的，其本质原因在于浮点数是用二进制表示的小数，某些十进制的小数在二进制中无法精确表示。

#include <stdio.h>

int main() {
    float a = 0.1f;  // 浮动点变量
    if (a == 0.1) {  // 浮动点字面量
        printf("a 等于 0.1\n");
    } else {
        printf("a 不等于 0.1\n");
    }

    // 输出变量 a 和字面量 0.1 的精确值
    printf("a = %.20f\n", a);
    printf("0.1 = %.20f\n", 0.1);

    return 0;
}

1）float 与 double 的精度差异

在 C 和 C++ 中，浮动点字面量（如 0.1）默认是 double 类型，double 的精度比 float 高。变量 a 是 float 类型，所以它的精度较低。当 a 与 0.1（一个 double 类型字面量）进行比较时，a 会被提升为 double 类型。但在转换过程中，a 作为 float 类型的值可能无法精确匹配 double 字面量 0.1 的值。

2）浮动点数的二进制表示

浮动点数是以二进制格式存储的。某些十进制数（如 0.1）无法在二进制中精确表示，这导致了微小的舍入误差。

3、解决方法

1）对字面量使用显式类型

使用 f 后缀将字面量明确指定为 float 类型。

#include <stdio.h>
int main() {
  float a = 0.1f;
  if (a == 0.1f) {  // 0.1f 是 float 类型字面量
      printf("Equal\n");
  } else {
      printf("Not Equal\n");
  }

  return 0;
}

2）使用 epsilon 进行近似比较

不要直接进行精确比较，而是通过一个小的阈值（epsilon）检查两个数是否足够接近，

#include <math.h>

#define EPSILON 1e-6

int main() {
    float a = 0.1f;
    if (fabs(a - 0.1) < EPSILON) {
        printf("Equal\n");
    } else {
        printf("Not Equal\n");
    }
    return 0;
}

3）保证类型一致性

确保比较中的两个数具有相同的类型

#include <stdio.h>

int main() {
    float a = 0.1f; // 声明一个 float 类型变量

    // 显式将 a 转换为 double 类型进行比较
    if ((double)a == 0.1) {
        printf("Equal\n");
    } else {
        printf("Not Equal\n");
    }

    return 0;
}