c: 无需转换即可更改变量类型

Question

我正在将 uint32_t 更改为浮点数，但没有更改实际位。

只是为了确定：我不想施放它。所以 float f = (float) i 与我不想做的完全相反，因为它改变了位。

我将使用它来将我的（伪）随机数转换为浮点数，而无需进行不必要的数学运算。

我目前正在做的和已经在做的是：

float random_float( uint64_t seed ) {

    // Generate random and change bit format to ieee
    uint32_t asInt = (random_int( seed ) & 0x7FFFFF) | (0x7E000000>>1);

    // Make it a float
    return *(float*)(void*)&asInt; // <-- pretty ugly and nees a variable
}

问题：现在我想摆脱asInt变量，我想知道是否有更好/不那么丑的获取此变量的地址，转换两次并再次取消引用的方法？

Answer 1

您可以尝试并集 - 只要您确保类型在内存大小上相同：

union convertor {
    int asInt;
    float asFloat;
};

然后您可以将您的 int 分配给 asFloat（如果您愿意，也可以反过来）。当我一方面需要进行按位运算，另一方面仍然需要 uint32_t 表示数字时，我经常使用它

[编辑]
正如许多评论员所说的那样，您必须考虑不能用整数表示的值，例如 NAN、+INF、-INF、+0、-0。

Answer 2

将 int 的二进制表示重新解释为 float 会导致重大问题：

浮点数的二进制表示中有很多未定义的代码。
其他代码表示特殊条件，如 NAN、+INF、-INF、+0、-0（原文如此！）等

此外，如果这是一个随机值，即使捕获所有非值表示，也会产生非常糟糕的随机分布。

如果您在没有 FPU 的 MCU 上工作，您最好考虑完全避免浮动。一种替代方法可能是分数或缩放整数。有许多使用浮点数的算法实现，但可以很容易地转换为定点类型，精度损失可以接受（甚至 none）。有些甚至可能产生比 float 更高的精度（请注意，单精度 float 只有 23 位尾数，int32 将有 31 位（+ 1 符号），对于小数或固定缩放 int 相同。

请注意，C11 添加了（可选）对 _Frac 的支持。你可能想研究一下。

编辑：

根据您的评论，您似乎将 int 转换为 0..<1 范围内的浮点数。为此，您可以 assemble 对 uint32_t （例如原始值）使用位运算来浮点数。您只需要遵循 IEEE 格式（假设您的工具链确实符合 C 标准！参见 wikipedia。

结果（仍然是 uint32_t）然后可以由其他人已经描述的联合或指针重新解释。将其打包到一个系统相关的、注释良好的库中并深入挖掘。不要忘记检查字节顺序和对齐方式（对于 float 和 uint32_t 可能都是相同的，但对于位操作很重要）。

Answer 3

所以从您的代码来看，您似乎想要生成介于 0.5 和 1.0 之间的浮点数。

假设您的微控制器有一个支持浮点的标准 C 库，您可以在不涉及任何浮点运算的情况下按照所有标准执行此操作，您所需要的只是 ldexp 函数本身不实际上做任何浮点数学。

这看起来像这样：

return ldexpf((1 << 23) + random_thing_smaller_than_23_bits(), -24);

这里的诀窍是我们碰巧知道 IEEE754 二进制 32 浮点数的整数精度在 2^23 和 2^24 之间（我在这里可能会偏离一个，请仔细检查，我正在翻译这来自我在双打上所做的一些工作）。所以编译器应该知道如何将该数字简单地转换为浮点数。然后 ldexp 通过更改指数中的位将该数字乘以 2^-24。不涉及实际的浮点运算，也没有未定义的行为，代码完全可移植到任何具有 IEEE754 数字的标准 C 实现。仔细检查生成的代码，但是一个好的编译器和 c 库不应该在这里使用任何浮点指令。

如果您想查看我围绕生成随机浮点数所做的一些实验 you can peek at this github repo。这都是关于双打的，但应该可以简单地翻译成浮点数。

c: 无需转换即可更改变量类型

c: change variable type without casting

c

types

casting