ruby – 将浮点数转换为其对应的位段

给出 Ruby Float值,例如,

f = 12.125

我想结束一个包含浮点数符号(1位),指数(11位)和分数(52位)的3元素数组. (Ruby的浮点数是IEEE 754双精度64位表示.)

最好的方法是什么？位级操作似乎不是Ruby的强项.

请注意,我想要的是比特,而不是它们对应的数值.例如,为浮点值1.0得到[0,-127,1]不是我想要的 – 我想要字符串形式的实际位或等效表示,如[“0”,“0ff” “,”000 0000 0000“].

解决方法

位数据可以通过Arrays包公开,因为Float不在内部提供功能.

str = [12.125].pack('D').bytes.reverse.map{|n| "%08b" %n }.join
=> "0100000000101000010000000000000000000000000000000000000000000000"

[ str[0],str[1..11],str[12..63] ]
=> ["0","10000000010","1000010000000000000000000000000000000000000000000000"]

这有点’围绕房子’从字符串表示中拉出来.我确信有一种更有效的方法从原始字节中提取数据……

编辑位级操作调整了我的兴趣所以我有一个戳.要在Ruby中使用这些操作,你需要有一个Integer,因此float需要更多的解包才能转换为64位int. big endian / ieee754记录的表示非常简单.小端表示我不太确定.这有点奇怪,因为你没有使用11位指数和52位尾数的完整字节边界.将这些位拉出并交换它们以获得类似于小端的东西变得非常繁琐,并且不确定它是否正确,因为我没有看到任何对布局的引用.所以64位值是小端,我不太确定64bit值的组件如何适用于其他地方,直到将它们存储在其他地方,如尾数的16位int.

作为来自小> 1的11位值的示例.我正在做的事情是将最重要的字节3左移到前面,然后用最不重要的3位移位.

v = 0x4F2
((v & 0xFF) << 3) | ( v >> 8 ))

无论如何,这是有用的.

class Float
  Float::LITTLE_ENDIAN = [1.0].pack("E") == [1.0].pack("D")

  # Returns a sign,exponent and mantissa as integers
  def ieee745_binary64
    # Build a big end int representation so we can use bit operations
    tb = [self].pack('D').unpack('Q>').first

    # Check what we are
    if Float::LITTLE_ENDIAN
      ieee745_binary64_little_endian tb
    else
      ieee745_binary64_big_endian tb
    end
  end

  # Force a little end calc
  def ieee745_binary64_little
    ieee745_binary64_little_endian [self].pack('E').unpack('Q>').first
  end

  # Force a big end calc
  def ieee745_binary64_big
    ieee745_binary64_big_endian [self].pack('G').unpack('Q>').first
  end

  # Little
  def ieee745_binary64_little_endian big_end_int
    #puts "big #{big_end_int.to_s(2)}"
    sign     = ( big_end_int & 0x80   ) >> 7

    exp_a    = ( big_end_int & 0x7F   ) << 1   # get the last 7 bits,make it more significant
    exp_b    = ( big_end_int & 0x8000 ) >> 15  # get the 9th bit,to fill the sign gap
    exp_c    = ( big_end_int & 0x7000 ) >> 4   # get the 10-12th bit to stick on the front
    exponent = exp_a | exp_b | exp_c

    mant_a   = ( big_end_int & 0xFFFFFFFFFFFF0000 ) >> 12 # F000 was taken above
    mant_b   = ( big_end_int & 0x0000000000000F00 ) >> 8  #  F00 was left over
    mantissa = mant_a | mant_b

    [ sign,exponent,mantissa ]
  end

  # Big
  def ieee745_binary64_big_endian big_end_int
    sign     = ( big_end_int & 0x8000000000000000 ) >> 63
    exponent = ( big_end_int & 0x7FF0000000000000 ) >> 52
    mantissa = ( big_end_int & 0x000FFFFFFFFFFFFF ) >> 0

    [ sign,mantissa ]
  end
end

和测试……

def printer val,vals
  printf "%-15s   sign|%01b|\n",val,vals[0]
  printf "  hex e|%3x|         m|%013x|\n",vals[1],vals[2]
  printf "  bin e|%011b| m|%052b|\n\n",vals[2]
end

floats = [ 12.125,-12.125,1.0/3,-1.0/3,1.0,-1.0,1.131313131313,-1.131313131313 ]

floats.each do |v|
  printer v,v.ieee745_binary64
  printer v,v.ieee745_binary64_big
end

TIL我的大脑是大端！你会注意到正在使用的int都是big endian.我在另一个方向转移失败了.

ruby – 将浮点数转换为其对应的位段

解决方法

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