Os números não inteiros podem ser implementados com base binária ou decimal. A forma pode ser com ponto flutuante ou fixo. Claro até pode de outras formas também.
No ponto fixo o tipo já indica quantas casas decimais de precisão tem ali. O ponto fixo é menos comum. Em geral bancos de dados trabalham com ponto fixo, mas também possuem tipo de ponto flutuante. Grosso modo podemos dizer que o ponto fixo é como o char
e o ponto flutuante é como o varchar
, que, em vez de dizer quantos caracteres ele possui, ele diz quantas casas decimais devem ser consideradas.
Tem casos que você precisa sempre ter 2 dígitos, ou seja, só centavos, não deve ter 1 e não deve ter 3. Se você dividir 1 por 8, dá 0,13
(o método de arredondamento pode variar). No ponto flutuante dá 0,125
. Se dividir por 10, no fixo dá 0,10
, no flutuante dá 0,1
e é problema do programador cuidar para normalizar escala se assim ele desejar.
float
e double
A diferença entre o float
e o double
é a precisão, ou seja, o quanto varia, o quanto consegue expressar um valor próximo do real, é o número de casas decimais que ele consegue suportar.
Esses tipos são chamados de ponto flutuante binários.
O float
normalmente possui 32 bits para representar o expoente e a mantissa, além do sinal. Dá pra representar muitos números, mas por sua natureza binária não consegue representar todos os números, então ele representa o que está mais próximo do que se deseja. Ele tem 24 dígitos de precisão e por isso é chamado de simples precisão.
O double
geralmente é representado por 64 bits, então consegue bem mais precisão, mas ainda não a exatidão já que a forma de representação também é binária. Tem 53 dígitos de precisão e é chamado de dupla precisão.
Existem tipos padronizados, mais raramente implementados, até maiores com 128 bits ou quádrupla precisão (113 dígitos), ou ainda 256 bits ou óctupla precisão (237 dígitos). Tem ainda o tipo de meia precisão com 16 bits com 11 dígitos. Tudo tem o mesmo problema de inexatidão.
Esses tipos são regidos pelo padrão IEEE 754. Existem tecnologias que não o seguem, mas é raro. Há casos que o double
possui 80 bits fora do padrão.
Os cálculos podem ser realizados por hardware ou software, obviamente o primeiro é muito mais rápido. Mesmo por software, como ele opera da forma natural para a computação, ou seja, binário, é muito rápido.
Muitos cálculos necessitam precisão, mas não exatidão. Então pelo computador se dar melhor com ele, use-o. Se for algo científico de cálculos pesados a performance faz muita diferença. O mesmo pode-se dizer de computação gráfica ou jogos. Haverá um arredondamento de qualquer forma, então a falta de exatidão prejudica nada.
0.2 + 0.8 é diferente de 1.0?!?!?!?!
Mas se vai fazer uma comparação de igualdade já complica, 1 é diferente de 0.2 + 0.8. Louco, né? Isso ocorre pela forma como o número é representado internamente. Já 1 + 1 sempre será 2, já que não tem problema de inexatidão na parte inteira.
Se você não pode representar todos os números que normalmente um humano está acostumado lidar precisará de um arredondamento, isso pode dar uma diferença mínima aqui ou ali, ou seja, pode mudar 1 único centavo. Aí você multiplica isso por 1 milhão e 1 centavo vira 10 mil reais, dólares, etc. de erro. Não pode, né? Mesmo 1 centavo em contabilidade não pode existir, não bate mais. Um saldo bancário não pode ter isso. Tem estória contada que no passado programador de banco vendo isso começou pegar essas diferenças de centavo e foi acumulando na sua conta e ficou milionário (mesmo que seja só um passarinho contado, ainda ilustra o problema).
Já há uma resposta em O que significa uma variável de dupla precisão? com mais detalhes do funcionamento. A Wikipedia e outros links contidos lá e em outras respostas linkadas dão mais detalhes para quem tiver a curiosidade de ver todos detalhes.
decimal
O tipo decimal
tem exatidão, ele é sobre ter o número exato que se pretende. Ele indica que o número está em conformidade com o que se espera. Ele chama decimal por ter base 10 e não binária como os anteriores.
Cada tecnologia o implementa de alguma forma diferente. É comum guardar a parte inteira e decimal separadamente em inteiros, ou guardar tudo junto em um inteiro e determinar uma escala, ou seja, onde o ponto flutuante está, quantas casas ele deve assumir, em geral é um inteiro dividido por 1, 10, 100, 1000, etc.
O Decimal
, que vou chamar de puro, costuma ter 128 bits de precisão (34 dígitos), mas isso varia se for fora do padrão, o que não é tão incomum assim.
Algumas tecnologias implementam o SmallDecimal
com 64 bits (16 dígitos), e o TinyDecimal
com 32 bits (7 dígitos).
É comum também ter o BigDecimal
com mais de 128 bits, em geral até ilimitados. Tem tecnologia que só possui este tipo decimal. Os nomes dos tipos podem variar em cada tecnologia.
Por ser decimal a performance não é das melhores, mas longe de ser uma tragédia. Em geral não é um problema por trabalhar com valor monetário e os cálculos onde ele é envolvido costumam ser simples, se comparados com científicos e CGI. Os cálculos são feitos com instruções de inteiros do processador, o que é rápido, mas precisa de vários passos de normalização do número, precisa prover algum arredondamento, muitas vezes o seu código precisa fazer alguma conta extra, então acaba ficando mais lento, mas nada crítico.
Arredondamento
Tratar arredondamento quando a exigência é de exatidão não é tarefa fácil, cada cálculo pode exigir uma política diferente. Pense que se você dividir 1 por 3, dá dízima, o que não pode ser representada com exatidão, então precisa determinar onde vai parar, deve ter 3 casas? então daria 3 de 0,33? Tá, mas se você somar isso dá 0,99. E aí o que fazer com esse centavo? Tem que ter uma política do seu código pra tratar isso também. Pode ser que o descarte seja justificável, pode ser que uma dessas parcelas receba esse centavo que sobra e fique com valor 0,34. Mas em qual? Precisa gerar um lançamento separado para manter histórico de ter feito isso? É na primeira? Na última? E se tiver vários centavos, ainda será na primeira ou última? Ou deve distribuir? Como? Tudo preocupação do programador.
Sim, tá tudo errado por aí
Uma quantidade enorme de softwares faz cálculos errados, não só porque usam ponto flutuante binário quando deveriam usar decimal, mas também porque não sabem lidar com o arredondamento decimal. É bem difícil lidar com isso e muitos ferem legislação e/ou causam prejuízos.
Em geral usa-se o termo de matemática precisa, mas na verdade o correto é matemática exata.
Ele não é usado só monetariamente, mas é o melhor exemplo de uso. Onde queira exatidão é com ele que deve ir. Mas um novato pode achar que exatidão sempre é bom a abandonar o ponto flutuante binário ou um fanático por velocidade só ficar nele. A decisão não deve passar por isso, use o que for mais adequado para o problema.
Acompanhe a tag valor-monetário para ver vários exemplos aqui.
Esse tipo também é regido pelo IEEE 754. Veja tabela retirada da Wikipedia
Veja que os nomes oficiais só indicam quantos bits ele tem.
Outras codificações
Nada impede de usar outras codificações, mas hoje não é comum. Uma que foi muito usada no passado era a BCD. Implementações fracionárias também são usadas onde o mais importante é representar com exatidão a fração em si, ou seja você não quer 0,333333333333
, quer 1/3
.
Anedota
O problema do uso errado é bem grave e muitos sistemas estão assim atualmente, e está piorando. Está por toda parte, até em sistemas de empresas conceituadas. Se espalhou tanto que já dá para ver publicamente. Não é só um caso que se tornou público que teve problema.
Um banco bem conhecido, inclusive por contratar bons programadores, por ter melhores metodologias, das equipes trabalharem em unidades e serem referência em tecnologia, cometeu esse erro publicamente de forma crassa.
Não se engane, só comete esse erro quem não tem apreço algum pela qualidade, que não sabe programar e não liga para isso. E que outras pessoas que poderiam impedir disso ir a público não ligaram também.
Esse não é um assunto avançado, é básico. Quando eu falo de fundamentos que faltam o programador, não é de algo complexo, é disto, algo extremamente básico que já eu já sabia na década de 80 quando eu nem tinha 15 anos e não tinha internet, acesso a bons livros, cursos ou um monte de gente para me ajudar, além de não ter computadores sofisticados. É básico nesse nível, não é que eu era um gênio. Talvez seja o que eu sempre falo, as pessoas estão acomodadas pela facilidade de informação e por ter tanta coisa errada sendo disseminada, que as elas julgam ser verdade por ser algo tão popular. É preciso mudar de postura para programar certo, não é pegar um ou outro detalhe, é preciso dar um basta para as dicas Miojo por mais bonita que ela pareça.
Coloquei no GitHub para referência futura.
DECIMAL
normalmente não vejo como ponto flutuante, mas como ponto fixo. Por exemplo, no sql server, é assim que funcionaBigInteger
eBigRational
. Em c++ é necessario bibliotecas especificas para isso, tais como estas