Onde float
e double
são especificados
O float
e o double
são implementados de acordo com o padrão IEEE 754, usado por praticamente todas as linguagens de programação modernas que trabalham com números de ponto flutuante de 32 ou 64 bits.
A representação interna do float
O float
é representado com 32 bits dessa forma (imagem da wikipedia):
Observe o primeiro bit, ele é o bit de sinal. Se for 0 é um número positivo, se for 1 é negativo. De forma que o valor do float
é o seguinte:
(a) , se o expoent for diferente de 0 e de 255.
(b) , se o expoent for igual a 0.
(c) , se o expoent for igual a 255 e o fraction for igual a 0.
(d) NaN, se o expoent for igual a 255 e o fraction diferente de 0.
Os valores da equação (a) são aqueles que são denominados de números de ponto flutuante normais, enquanto que os da equação (b) são denominados de números de ponto flutuante subnormais ou denormais. Já os valores do (c) são os de infinidade e (d) é NaN (not-a-number).
Vemos ver o que a fórmula (a) está multiplicando. São três diferentes termos:
No caso (a), vê-se que não é possível que nenhum dos termos multiplicados resulte em zero, logo, não é possível haver um valor zero aqui.
A equação do (b) é semelhante a do (a). A diferença está que o expoente mantido é o mesmo do menor valor possível do caso (a), sendo usado −126 ao invés de −127. Mas os valores são diferentes porque aquele 1 não é mais somado ao segundo termo. O segundo termo no caso (b), é diferente, será sempre um valor tal que .
Assim sendo, quando o expoent é zero e o fraction também é zero, a equação (b) vai resultar em zero. Mas o bit do sinal ainda está lá, dando duas representações possíveis ao valor zero. Também temos diversos valores que resultam em NaN ( desses valores para ser exato).
Eis aqui um teste para mostrar os dois zeros:
class Teste {
public static void main(String[] args) {
float a = Float.intBitsToFloat(0);
float b = Float.intBitsToFloat(0b1000_0000__0000_0000__0000_0000__0000_0000);
System.out.println(a);
System.out.println(b);
}
}
Eis a saída:
0.0
-0.0
Veja aqui funcionando no ideone.
A representação interna do double
Ainda temos o double
que usa um conceito semelhante, mas com mais bits e valores diferentes:
As equações do double
são essas:
(a) , se o expoent for diferente de 0 e de 2047.
(b) , se o expoent for igual a 0.
(c) , se o expoent for igual a 2047 e o fraction for igual a 0.
(d) NaN, se o expoent for igual a 2047 e o fraction diferente de 0.
Por que existe o +0.0 e o −0.0?
Você ainda pergunta o porquê de terem feito tal coisa. A resposta é que é para que o sinal fosse preservado quando um cálculo com números de ponto flutuante chegasse em um valor tão pequeno que perdesse todos os bits de significância, mesmo assim o sinal fosse preservado, diferenciando então um valor negativo que foi arredondado para zero de um valor positivo que foi arredondado para zero.
Por exemplo:
class Teste2 {
public static void main(String[] args) {
float a = Float.intBitsToFloat(5);
float pinf = Float.intBitsToFloat(0b0111_1111__0000_0000__0000_0000__0000_0000);
float ninf = Float.intBitsToFloat(0b1111_1111__0000_0000__0000_0000__0000_0000);
float b = a / pinf;
float c = a / ninf;
System.out.println(b);
System.out.println(c);
}
}
Eis a saída:
0.0
-0.0
Veja aqui funcionando no ideone.
Como os valores +0.0, −0.0 e NaN são comparados?
E para finalizar, temos que +0.0 e −0.0 são valores iguais, ao passo que um valor NaN nunca é igual a nada (nem a ele mesmo):
class Teste3 {
public static void main(String[] args) {
float zeroPositivo = Float.intBitsToFloat(0);
float zeroNegativo = Float.intBitsToFloat(0b1000_0000__0000_0000__0000_0000__0000_0000);
System.out.println(zeroPositivo == zeroNegativo);
System.out.println(zeroPositivo != zeroNegativo);
float nan1 = Float.intBitsToFloat(0b1111_1111__1000_0000__0000_0000__0000_0001);
float nan2 = Float.intBitsToFloat(0b1111_1111__1000_0000__0000_0000__0000_0010);
System.out.println(nan1 == nan2);
System.out.println(nan1 == nan1);
System.out.println(nan1 != nan2);
System.out.println(nan1 != nan1);
}
}
Eis a saída:
true
false
false
false
true
true
Veja aqui funcionando no ideone.
Essa saída significa que o ==
considera que o +0.0 e o −0.0 têm o mesmo valor, não importando o fato de os valores dos bits diferirem.
Por outro lado, quando um dos valores comparados com ==
for algum tipo de NaN, então o resultado sempre é falso, mesmo se um valor NaN estiver sendo comparado com ele mesmo.
O operador ==
sempre retorna o oposto do que o !=
retorna. Isso significa que um valor NaN é sempre diferente dele mesmo e de todos os outros NaNs.
Fontes