javascript解決小數的加減乘除精度丟失的方案


原因:js按照2進制來處理小數的加減乘除,在arg1的基礎上 將arg2的精度進行擴展或逆擴展匹配,所以會出現如下情況.

javascript(js)的小數點加減乘除問題,是一個js的bug如0.3*1 = 0.2999999999等,下面列出可以完美求出相應精度的四種js算法

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function accDiv(arg1,arg2){
  var t1=0,t2=0,r1,r2;
  try {t1=arg1.toString().split( "." )[1].length} catch (e){}
  try {t2=arg2.toString().split( "." )[1].length} catch (e){}
  with (Math){
  r1=Number(arg1.toString().replace( "." , "" ))
  r2=Number(arg2.toString().replace( "." , "" ))
  return accMul((r1/r2),pow(10,t2-t1));
  }
  }
  //乘法
  function accMul(arg1,arg2)
  {
  var m=0,s1=arg1.toString(),s2=arg2.toString();
  try {m+=s1.split( "." )[1].length} catch (e){}
  try {m+=s2.split( "." )[1].length} catch (e){}
  return Number(s1.replace( "." , "" ))*Number(s2.replace( "." , "" ))/Math.pow(10,m)
  }
//加法
function accAdd(arg1,arg2){
var r1,r2,m;
try {r1=arg1.toString().split( "." )[1].length} catch (e){r1=0}
try {r2=arg2.toString().split( "." )[1].length} catch (e){r2=0}
m=Math.pow(10,Math.max(r1,r2))
return (arg1*m+arg2*m)/m
}
//減法
function Subtr(arg1,arg2){
  var r1,r2,m,n;
  try {r1=arg1.toString().split( "." )[1].length} catch (e){r1=0}
  try {r2=arg2.toString().split( "." )[1].length} catch (e){r2=0}
  m=Math.pow(10,Math.max(r1,r2));
  n=(r1>=r2)?r1:r2;
  return ((arg1*m-arg2*m)/m).toFixed(n);
}

下面我們來具體分析洗在JavaScript中關於數字精度的丟失問題

一、JS數字精度丟失的一些典型問題

1. 兩個簡單的浮點數相加

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0.1 + 0.2 != 0.3 // true

Firebug

這真不是 Firebug 的問題,可以用alert試試 (哈哈開玩笑)。

看看Java的運算結果

再看看Python

2. 大整數運算

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9999999999999999 == 10000000000000001 // ?

 

Firebug

16位和17位數竟然相等,沒天理啊。

又如

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var x = 9007199254740992
x + 1 == x // ?

 

看結果

三觀又被顛覆了。

3. toFixed 不會四舍五入(Chrome)

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1.335.toFixed(2) // 1.33

Firebug

線上曾經發生過 Chrome 中價格和其它瀏覽器不一致,正是因為 toFixed 兼容性問題導致

二、JS 數字丟失精度的原因

計算機的二進制實現和位數限制有些數無法有限表示。就像一些無理數不能有限表示,如 圓周率 3.1415926...,1.3333... 等。JS 遵循 IEEE 754 規范,采用雙精度存儲(double precision),占用 64 bit。如圖

 

意義

  1. 1位用來表示符號位
  2. 11位用來表示指數
  3. 52位表示尾數

浮點數,比如

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0.1 >> 0.0001 1001 1001 1001…(1001無限循環)
0.2 >> 0.0011 0011 0011 0011…(0011無限循環)

此時只能模仿十進制進行四舍五入了,但是二進制只有 0 和 1 兩個,於是變為 0 舍 1 入。這即是計算機中部分浮點數運算時出現誤差,丟失精度的根本原因。

大整數的精度丟失和浮點數本質上是一樣的,尾數位最大是 52 位,因此 JS 中能精准表示的最大整數是 Math.pow(2, 53),十進制即 9007199254740992。

大於 9007199254740992 的可能會丟失精度

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9007199254740992   >> 10000000000000...000 // 共計 53 個 0
9007199254740992 + 1 >> 10000000000000...001 // 中間 52 個 0
9007199254740992 + 2 >> 10000000000000...010 // 中間 51 個 0

實際上

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9007199254740992 + 1 // 丟失
9007199254740992 + 2 // 未丟失
9007199254740992 + 3 // 丟失
9007199254740992 + 4 // 未丟失

結果如圖

以上,可以知道看似有窮的數字, 在計算機的二進制表示里卻是無窮的,由於存儲位數限制因此存在“舍去”,精度丟失就發生了。

想了解更深入的分析可以看這篇論文(又長又臭):What Every Computer Scientist Should Know About Floating-Point Arithmetic

三、解決方案

對於整數,前端出現問題的幾率可能比較低,畢竟很少有業務需要需要用到超大整數,只要運算結果不超過 Math.pow(2, 53) 就不會丟失精度。

對於小數,前端出現問題的幾率還是很多的,尤其在一些電商網站涉及到金額等數據。解決方式:把小數放到位整數(乘倍數),再縮小回原來倍數(除倍數)

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// 0.1 + 0.2
(0.1*10 + 0.2*10) / 10 == 0.3 // true

以下是我寫了一個對象,對小數的加減乘除運算丟失精度做了屏蔽。當然轉換后的整數依然不能超過 9007199254740992。

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/**
  * floatObj 包含加減乘除四個方法,能確保浮點數運算不丟失精度
  *
  * 我們知道計算機編程語言里浮點數計算會存在精度丟失問題(或稱舍入誤差),其根本原因是二進制和實現位數限制有些數無法有限表示
  * 以下是十進制小數對應的二進制表示
  *      0.1 >> 0.0001 1001 1001 1001…(1001無限循環)
  *      0.2 >> 0.0011 0011 0011 0011…(0011無限循環)
  * 計算機里每種數據類型的存儲是一個有限寬度,比如 JavaScript 使用 64 位存儲數字類型,因此超出的會舍去。舍去的部分就是精度丟失的部分。
  *
  * ** method **
  *  add / subtract / multiply /divide
  *
  * ** explame **
  *  0.1 + 0.2 == 0.30000000000000004 (多了 0.00000000000004)
  *  0.2 + 0.4 == 0.6000000000000001  (多了 0.0000000000001)
  *  19.9 * 100 == 1989.9999999999998 (少了 0.0000000000002)
  *
  * floatObj.add(0.1, 0.2) >> 0.3
  * floatObj.multiply(19.9, 100) >> 1990
  *
  */
var floatObj = function () {
     
     /*
      * 判斷obj是否為一個整數
      */
     function isInteger(obj) {
         return Math.floor(obj) === obj
     }
     
     /*
      * 將一個浮點數轉成整數,返回整數和倍數。如 3.14 >> 314,倍數是 100
      * @param floatNum {number} 小數
      * @return {object}
      *   {times:100, num: 314}
      */
     function toInteger(floatNum) {
         var ret = {times: 1, num: 0}
         if (isInteger(floatNum)) {
             ret.num = floatNum
             return ret
         }
         var strfi  = floatNum + ''
         var dotPos = strfi.indexOf( '.' )
         var len    = strfi.substr(dotPos+1).length
         var times  = Math.pow(10, len)
         var intNum = parseInt(floatNum * times + 0.5, 10)
         ret.times  = times
         ret.num    = intNum
         return ret
     }
     
     /*
      * 核心方法,實現加減乘除運算,確保不丟失精度
      * 思路:把小數放大為整數(乘),進行算術運算,再縮小為小數(除)
      *
      * @param a {number} 運算數1
      * @param b {number} 運算數2
      * @param digits {number} 精度,保留的小數點數,比如 2, 即保留為兩位小數
      * @param op {string} 運算類型,有加減乘除(add/subtract/multiply/divide)
      *
      */
     function operation(a, b, digits, op) {
         var o1 = toInteger(a)
         var o2 = toInteger(b)
         var n1 = o1.num
         var n2 = o2.num
         var t1 = o1.times
         var t2 = o2.times
         var max = t1 > t2 ? t1 : t2
         var result = null
         switch (op) {
             case 'add' :
                 if (t1 === t2) { // 兩個小數位數相同
                     result = n1 + n2
                 } else if (t1 > t2) { // o1 小數位 大於 o2
                     result = n1 + n2 * (t1 / t2)
                 } else { // o1 小數位 小於 o2
                     result = n1 * (t2 / t1) + n2
                 }
                 return result / max
             case 'subtract' :
                 if (t1 === t2) {
                     result = n1 - n2
                 } else if (t1 > t2) {
                     result = n1 - n2 * (t1 / t2)
                 } else {
                     result = n1 * (t2 / t1) - n2
                 }
                 return result / max
             case 'multiply' :
                 result = (n1 * n2) / (t1 * t2)
                 return result
             case 'divide' :
                 result = (n1 / n2) * (t2 / t1)
                 return result
         }
     }
     
     // 加減乘除的四個接口
     function add(a, b, digits) {
         return operation(a, b, digits, 'add' )
     }
     function subtract(a, b, digits) {
         return operation(a, b, digits, 'subtract' )
     }
     function multiply(a, b, digits) {
         return operation(a, b, digits, 'multiply' )
     }
     function divide(a, b, digits) {
         return operation(a, b, digits, 'divide' )
     }
     
     // exports
     return {
         add: add,
         subtract: subtract,
         multiply: multiply,
         divide: divide
     }
}();

toFixed的修復如下

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// toFixed 修復
function toFixed(num, s) {
     var times = Math.pow(10, s)
     var des = num * times + 0.5
     des = parseInt(des, 10) / times
     return des + ''
}


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