为什么 std::bitset 只支持整型数据类型?为什么不支持浮点数?

Why does std::bitset only support integral data types? Why is float not supported?

本文关键字：为什么 浮点数 数据类型 不支持 支持 std bitset 整型      更新时间：2023-10-16

尝试生成浮点数的位模式时，如下所示：

std::cout << std::bitset<32>(32.5) << std::endl;

编译器生成以下警告：

warning: implicit conversion from 'double' to 'unsigned long long' changes value
from 32.5 to 32 [-Wliteral-conversion]
std::cout << std::bitset<32>(32.5) << std::endl;

忽略警告:)的输出：

00000000000000000000000000100000

为什么 bitset 无法检测浮点数并正确输出位序列，当转换为 char* 并且行走内存确实显示正确的序列时？ 这有效，但机器依赖于字节排序，并且大多不可读：

template <typename T>
void printMemory(const T& data) {
const char* begin = reinterpret_cast<const char*>(&data);
const char* end = begin + sizeof(data);
while(begin != end)
std::cout << std::bitset<CHAR_BIT>(*begin++) << " ";
std::cout << std::endl;
}

输出：

00000000 00000000 00000010 01000010

有理由不支持浮动吗？有没有浮子的替代品？

如果您提供了浮点数，您希望在位集中显示什么？大概是大端格式的 IEEE-7545 二进制 32 浮点数的某种表示形式？那些不以与此相近的方式代表其float的平台呢？实现是否应该向后弯曲以(可能损失地)将提供的浮点数转换为您想要的？

它没有的原因是浮点数没有标准定义的格式。它们甚至不必是 32 位。它们通常只是在大多数平台上。

C++ 和 C 将在非常小和/或奇怪的平台上运行。标准不能指望"通常情况"。8/16 位 6502 系统的 C/C++ 编译器很抱歉，原生浮点格式是(我认为)使用打包 BCD 编码的 6 字节实体。

这与signed整数也不受支持的原因相同。二的补码不是普遍的，只是几乎是普遍的。:-)

所有关于浮点格式未标准化、字节序等的常见警告

以下是可能有效的代码，至少在 x86 硬件上是这样。

#include <bitset>
#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <cstring>
constexpr std::uint32_t float_to_bits(float in)
{
std::uint32_t result = 0;
static_assert(sizeof(float) == sizeof(result), "float is not 32 bits");
constexpr auto size = sizeof(float);
std::uint8_t buffer[size] = {};
// note - memcpy through a byte buffer to satisfy the
// strict aliasing rule.
// note that this has no detrimental effect on performance
// since memcpy is 'magic'
std::memcpy(buffer, std::addressof(in), size);
std::memcpy(std::addressof(result), buffer, size);
return result;
}
constexpr std::uint64_t float_to_bits(double in)
{
std::uint64_t result = 0;
static_assert(sizeof(double) == sizeof(result), "double is not 64 bits");
constexpr auto size = sizeof(double);
std::uint8_t buffer[size] = {};
std::memcpy(buffer, std::addressof(in), size);
std::memcpy(std::addressof(result), buffer, size);
return result;
}

int main()
{
std::cout << std::bitset<32>(float_to_bits(float(32.5))) << std::endl;
std::cout << std::bitset<64>(float_to_bits(32.5)) << std::endl;
}

示例输出：

01000010000000100000000000000000
0100000001000000010000000000000000000000000000000000000000000000

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <climits>
#include <iomanip>
using namespace std;
template<class T>
auto toBitset(T x) -> bitset<sizeof(T) * CHAR_BIT>
{
return bitset<sizeof(T) * CHAR_BIT>{ *reinterpret_cast<unsigned long long int *>(&x) };
}
int main()
{
double x;
while (cin >> x) {
cout << setw(14) << x << " " << toBitset(x) << endl;
}
return 0;
}

https://wandbox.org/permlink/tCz5WwHqu2X4CV1E

可悲的是，如果参数类型大于unsigned long long的大小，这将失败，例如它将失败long double。这是构造函数bitset限制。

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