C# 双精度的尾数规范化

本文关键字:规范化 双精度 | 更新日期: 2023-09-27 18:24:33

编辑:让它现在工作,在规范化螳螂时,首先设置隐式位很重要,在解码隐式位时,不必添加。我留下了标记的答案是正确的,因为那里的信息确实有帮助。

我目前正在实施编码(可分辨编码规则(,并且在编码双精度值时遇到一个小问题。

因此,我可以使用以下方法从 c# 中的双精度中取出符号、指数和尾数:

 // get parts
 double value = 10.0;
 long bits = BitConverter.DoubleToInt64Bits(value);
 // Note that the shift is sign-extended, hence the test against -1 not 1
 bool negative = (bits < 0);
 int exponent = (int)((bits >> 52) & 0x7ffL);
 long mantissa = bits & 0xfffffffffffffL;

(使用此处的代码(。这些值可以编码,简单的过程逆转将使我恢复原始的双精度。

但是,DER 编码规则指定尾数应规范化:

在 指定了规范编码规则和可分辨编码规则规范化,并且尾数(除非为 0(需要 反复移位,直到最低有效位为 1。

(请参阅此处的第 8.5.6.5 节(。

手动

执行此操作:

 while ((mantissa & 1) == 0)
 {
     mantissa >>= 1;
     exponent++;
 }

行不通,给我奇怪的价值观。(即使使用上述链接中发布的整个功能Jon Skeet(。

我似乎在这里错过了一些东西,如果我首先可以规范化替身的尾钛并获取"位",那将是最简单的。但是,我也不明白为什么手动规范化无法正常工作。

感谢您的任何帮助,

丹尼

编辑:实际工作问题显示我的螳螂规范化问题:

 static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine(CalculateDouble(GetBits(55.5, false))); 
        Console.WriteLine(CalculateDouble(GetBits(55.5, true)));
        Console.ReadLine();
    }
    private static double CalculateDouble(Tuple<bool, int, long> bits)
    {
        double result = 0;
        bool isNegative = bits.Item1;
        int exponent = bits.Item2;
        long significand = bits.Item3;
        if (exponent == 2047 && significand != 0)
        {
            // special case
        }
        else if (exponent == 2047 && significand == 0)
        {
            result = isNegative ? double.NegativeInfinity : double.PositiveInfinity;
        }
        else if (exponent == 0)
        {
            // special case, subnormal numbers
        }
        else
        {
            /* old code, wont work double actualSignificand = significand*Math.Pow(2,                   
               -52) + 1; */
            double actualSignificand = significand*Math.Pow(2, -52);
            int actualExponent = exponent - 1023;
            if (isNegative)
            {
                result = actualSignificand*Math.Pow(2, actualExponent);
            }
            else 
            {
                result = -actualSignificand*Math.Pow(2, actualExponent);**strong text**
            }
        }
        return result;
    }

    private static Tuple<bool, int, long> GetBits(double d, bool normalizeSignificand)
    {
        // Translate the double into sign, exponent and mantissa.
        long bits = BitConverter.DoubleToInt64Bits(d);
        // Note that the shift is sign-extended, hence the test against -1 not 1
        bool negative = (bits < 0);
        int exponent = (int)((bits >> 52) & 0x7ffL);
        long significand = bits & 0xfffffffffffffL;
        if (significand == 0)
        {
            return Tuple.Create<bool, int, long>(false, 0, 0);
        }
        // fix: add implicit bit before normalization
        if (exponent != 0)
        {
            significand = significand | (1L << 52);
        }
        if (normalizeSignificand)
        {
            //* Normalize */
            while ((significand & 1) == 0)
            {
                /*  i.e., Mantissa is even */
                significand >>= 1;
                exponent++;
            }
        }
        return Tuple.Create(negative, exponent, significand);
    }
    Output:
    55.5
    2.25179981368527E+15

C# 双精度的尾数规范化

当你使用 BitConverter.DoubleToInt64Bits 时,它会给你已经以 IEEE 754 格式编码的double值。这意味着有效位数使用隐式前导位进行编码。("有效"是浮点值分数部分的首选术语,在 IEEE 754 中使用。有效数是线性的。尾数是对数的。"尾数"源于人们不得不使用对数、纸张和函数表进行粗略计算的日子。若要恢复未编码的有效位数,必须还原隐式位。

这并不难。分离符号位、编码指数(整数(和编码有效位数(整数(后,对于 64 位二进制浮点数:

  • 如果编码指数是其最大值 (2047(,并且编码有效数不为零,则该值为 NaN。在有效值中还有其他关于 NaN 是否发出信号的信息,以及其他用户或实现定义的信息。
  • 如果编码指数是其最大值,编码有效数为零,则该值为无穷大(+ 或 – 根据符号(。
  • 如果编码指数为零,
  • 则隐式位为零,实际有效数是编码有效数乘以 2–52,实际指数是 1 减去偏差 (1023((so –1022(。
  • 否则,隐式位为 1,实际有效位数是编码有效位数,首先乘以 2–52,然后加到 1,实际指数是编码指数减去偏差 (1023(。

(如果要使用整数并且没有有效位数的分数,则可以省略乘以 2–52,而将 –52 添加到指数中。在最后一种情况下,有效数被添加到 252 而不是 1。

还有一种替代方法可以避免BitConverter和IEEE-754编码。如果可以从 C# 调用 frexp 例程,它将以数学方式返回分数和指数,而不是作为编码返回。首先,分别处理零、无穷大和 NaN。然后使用:

int exponent;
double fraction = frexp(value, &exponent);

这会将fraction设置为大小为 [1/2, 1( 的值,并且exponent使得 fraction •2 exponent等于 value 。(请注意,fraction仍然有符号;您可能希望将其分开并使用绝对值。

此时,您可以根据需要缩放fraction(并相应地调整exponent(。要缩放它以使其成为奇数整数,您可以反复将其乘以 2,直到它没有小数部分。