printf 是怎么舍入的

前言

先说结论,IEEE 754 浮点标准默认采用的是向偶数舍入。

关于浮点数舍入的详细介绍请见:浮点数舍入规则

向偶数舍入

  1. 首先要找一个中间值,保留 0 位小数,中间值为: 0.50 0.50 0.50;保留一位小数,中间值为: 0.050 0.050 0.050;以此类推
  2. 将保留位数以后的值与该中间值比较(比如面的:0.40、0.60、0.50)
    • 大于中间值,采取向上舍入(进位)
    • 小于中间值,采取向下舍入(舍去)
    • 等于中间值,向数轴上最近的偶数舍入

先看下 IEEE 规定的向偶数舍入的舍入结果(保留 0 位小数):

方式 1.40 1.60 1.50 2.50 -1.50
向偶数舍入(default) 1 2 2 2 -2

问题

有如下 C++ 代码:

float num1 = 1.35;
float num2 = 1.45;
printf("%.1f %.1f\n", num1, num2);

编译环境:Ubuntu 20.04 g++10.5.0

保留 1 位小数,中间值是 0.05,按照向偶数舍入,它们的输出应该都是 1.4:

# 理论上输出应是
1.4 1.4
# 实际输出为
1.4 1.5

这不就是普通的四舍五入嘛,干嘛说是向偶数舍入。

要解释这个现象,还需要浮点数在计算机中存储方式这个知识点,详细内容请见:浮点数存储规则

可以使用这个网站将数字转换为实际存储的值:数字工具

因为我们使用的内存空间有限,有些小数是无法精确表示的,1.35 和 1.45 在计算机中实际存储的是:

Decimal Decimal (exact) Binary Hexadecimal
1.35 1.35000002384185791015625 0 01111111 01011001100110011001101 3FACCCCD
1.45 1.4500000476837158203125 0 01111111 01110011001100110011010 3FB9999A

1.35 和 1.45 实际存储的值,在保留 1 位小数时都是大于中间值的,所以都发生了进位。

使用可以精确存储的值再尝试下:

float num1 = 0.75;
float num2 = 1.25;
printf("%.1f %.1f\n", num1, num2);

编译环境:Ubuntu 20.04 g++10.5.0

输出为:

0.8 1.2

正是我们所期望的值。

在 Ubuntu 20.04 clang++ 10.0.0 下也得到了相同的值;但在 Win11 Visual Studio 2022 (v143) 得到的值是 0.8 1.3,于是在 Win11 用 Dev C++(g++ 4.9.2)测试得到的是 0.8 1.2。可以排除操作系统的原因,多半是 MSVC 采用了其他的舍入方式,没用向偶数舍入。

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