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浮點數的格式化

編輯:關於C++

在許多應用程序領域中,都需要控制小數點後的小數位,但是浮點數對此不能提供直接的支持。怎樣對程序中的浮點數據進行“整齊”地格式化呢?在此我們有一個迂回的方法,先把它們轉換為字符串,格式化後以文本形式顯示出來。

在日常編程中——包括對話框、關系數據庫、金融程序、SMS程序及一切處理數據文件的程序,需要控制小數點後的小數位的情況非常普遍,本文中將要講解如何用簡單的方法來控制小數位,另外,還要揭開字符串及數據精度的一點點小秘密。

問題的引出

如有一個函數,其可接受一個long double參數,並將參數轉換為字符串,結果字符串應保留兩位小數,例如,浮點值123.45678應該生成“123.45”這樣的字符串。表面上看來這是一個意義不大的編程問題,然而,如果真要在實際中派上用場,函數應設計為具有一定彈性,以允許調用者指定小數位數。另外,函數也應該能夠處理各種異常情況,如像123.0或123這樣的整數。

在開始之前,先看一下編寫“優雅”C++代碼時的兩句“真言”:

“真言”1:無論何時需要格式化一個數值,都應先轉換為一個字符串。這樣可保證每位數剛好占據一個字符。

“真言”2:在需要轉換為字符串時,請使用<sstream>庫。

轉換函數的接口非常簡潔:第一個參數是需被格式化的數值;第二個參數代表小數點後顯示的小數位,且應該具有一個默認值;返回值為一個string類型:

string do_fraction(long double value, int decplaces=3);

注意,第二個參數代表的小數位數中包括了小數點,因此,兩位小數需要默認值為3。

精度問題

當然,第一步是把long double值轉換為一個string,使用標准C++庫<sstream>簡直是手到擒來。然而,有一件事情必須引起注意,因為某些原因,stringstream對象默認精度為6,而許多程序員錯誤地把“精度”理解為小數的位數,這是不正確的,精度應指代全部位數。因而,數字1234.56可安全地通過默認精度6來表示,但12345.67會被截斷為12345.6。這樣的話,如果你有一個非常大的數,如1234567.8,它的結果會靜悄悄地轉換為科學記數法:1.23457e+06,這顯然不是我們想要的。為避免這樣的麻煩,在開始轉換之前,應把默認精度設為最大。

為得到long double能表示的最大位數,可使用<limits>庫:

string do_fraction(long double value, int decplaces=3)
{
int prec=numeric_limits<long double>::digits10; // 18
ostringstream out;
out.precision(prec);//覆蓋默認精度
out<<value;
string str= out.str(); //從流中取出字符串

數值現在存儲在str中,等待格式化。

小數點的位置

要進行格式化,首先要確定小數點的位置,如果小數位多於decplaces,do_fraction()會刪除多余的。

要定位小數位,可使用string::find(),在STL算法中使用了一個常量來代表“數值未找到”,在字符串中,這個常量為string::npos:

char DECIMAL_POINT=''.''; // 歐洲用法為'',''
size_t n=str.find(DECIMAL_POINT);
if ((n!=string::npos)//是否有小數點呢?
{
//檢查小數的位數
}

如果沒有小數點,函數直接返回字符串,否則,函數將繼續檢查小數位是否多於decplaces。如果是,小數部分將會被截斷:

size_t n=str.find(DECIMAL_POINT);
if ((n!=string::npos)//有小數點嗎?
&&(str.size()> n+decplaces)) //後面至少還有decplaces位嗎?
//在小數decplaces位之後寫入nul
str[n+decplaces]=''\0'';

最後一行覆蓋了多余的小數位,它使用了\0常量來截斷字符串,要注意,string對象的數據可以包含nul字符;而字符串的實際長度由size()的返回值決定。因此,你不能假定字符串已被正確地格式化,換句話來說,如果在str中原來為“123.4567”,在插入\0常量之後,它變成了“123.45\07”,為把str縮減為“123.45”,一般可使用自交換的方法:

str.swap(string(str.c_str()) );//刪除nul之後的多余字符

那它的原理是什麼呢?函數string::c_str()返回一個const char *代表此字符串對象,而這個值被用作一個臨時string對象的初始化值,接著,臨時對象又被用作str.swap()的參數,swap()會把值“123.45”賦給str。一些老一點的編譯器不支持默認模板參數,可能不會讓swap()通過編譯,如果是這樣的話,使用手工交換來代替:

string temp=str.c_str();
str=temp;

代碼雖不是很“優美”,但能達到目的就行。以下是do_fraction()的完整代碼:

string do_fraction(long double value, int decplaces=3)
{
ostringstream out;
int prec=
numeric_limits<long double>::digits10; // 18
out.precision(prec);//覆蓋默認精度
out<<value;
string str= out.str(); //從流中取出字符串
size_t n=str.find(DECIMAL_POINT);
if ((n!=string::npos) //有小數點嗎?
&& (str.size()> n+decplaces)) //後面至少還有decplaces位嗎?
{
str[n+decplaces]=''\0'';//覆蓋第一個多余的數
}
str.swap(string(str.c_str()));//刪除nul之後的多余字符
return str;
}

如果不想通過傳值返回一個string對象,還可增加一個參數,把str對象以引用傳遞:

void do_fraction(long double value, string & str, int decplaces=3);

從個人的角度來講,還是傾向於讓編譯器做這樣的優化,另外,使用傳值返回,還可以讓你以下面這種方式使用do_fraction():

cout << funct(123456789.69999001) << ''\t'' << funct(12.011)<<endl;

輸出:

123456789.69 12.01

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