比較 C 中的浮點數以進行單元測試

Question

所以我使用 CUnit 進行單元測試。 我希望像

float x;
x = atof("17.99");

我想用斷言來測試它； 顯然用一些小的epsilon我可以

CU_ASSERT(abs(x - atof("17.99")) < epsilon);

不過我正在考慮

r = atof("17.99");
CU_ASSERT(0 == memcmp(&x, &r, sizeof(float));

這似乎確實有效。 我希望使用它來避免必須根據值在每個測試上手動設置 epsilon。 在上述情況下 1e-6 應該就足夠了； 但是，如果值是 1e-10，使用 1e-6 的 epsilon 可能不會出現問題。 開發人員必須做出的選擇越多，出錯的空間就越大。

我的問題是：這種技術在 posix 系統上是否應該穩定？ 也就是說，如果要比較的兩個浮點數是由完全相同的步驟生成的，則它們的內部表示應該完全相同。

編輯：更重要的是我最終想要一個 CU_ASSERT_FLOAT_EQUAL 宏。

Answer 1

比較浮點值很困難。 混合字符串不會讓事情變得更好，當然也不會像 epsilon 那樣引入少量的回旋余地。

看看這篇文章： 比較浮點數，2012 年版。 對於我的錢，ULP 是要走的路。 有一些令人討厭的邊緣情況，但您可能可以忽略其中的大部分。

編輯：5 月 31 日考慮了更多，我認為您要問的是“如果在測試函數和被測函數中使用完全相同的步驟來計算浮點數，答案是否完全相同 -這樣我就不必擔心 +/- 一些小錯誤？”

答案是肯定的，它們將是相同的。 但是在那種情況下，您使單元測試變得毫無意義，因為如果被測代碼中存在錯誤，那么測試函數中必然會出現相同的錯誤。

順便說一句，不要因為使用 memcmp(&x, &y, sizeof(x)) 而分心。 這只是測試在兩個值中設置的位完全相同。 如果這是真的，那么 x == y 必然是真的。 堅持 x == y。

Answer 2

小心將浮點數與雙精度數進行比較，就像在最初的問題中所做的那樣。 浮點數必然會失去精度，因此當將它與全精度雙精度數進行比較時，您可能會發現數字不相等，即使計算是完美的。

有關詳細信息，請參閱http://randomascii.wordpress.com/2012/06/26/doubles-are-not-floats-so-dont-compare-them/ 。

Answer 3

float r, x;

r = atof("17.99");
CU_ASSERT(0 == memcmp(&x, &r, sizeof(float));

應該和效果一樣

r = atof("17.99");
CU_ASSERT(x == r);

注意 atof 返回一個雙精度值，所以

CU_ASSERT(x == atof("17.99"));

是不同的，但是

CU_ASSERT(x == (float)atof("17.99"));

也應該是一樣的。

另請注意，當使用從 x87 繼承的指令時，gcc 優化器在 x86 上有一個長期存在的錯誤（如果我沒記錯的話，這不會發生在 x86_64 上）。

Answer 4

所以答案似乎是否定的。

原因是即使您在計算每個變量時使用相同的一系列計算，如果計算值的步驟之間有任何代碼，您可能會導致不同的舍入誤差，如@AProgrammer's response 中的注釋所述。

問題是，雖然您可能聲明一個 n 位浮點數，但它可能存儲在更大的寄存器中（x87 使用 80 位寄存器）。 如果將值從寄存器推送到內存中以釋放寄存器用於其他操作，則該值將被截斷（四舍五入？我的筆記去哪里了......）。 當該值被帶回寄存器時，失去精度的將完成其余的計算。

另一方面，另一段代碼在計算值時可能會經歷完全相同的步驟； 但是，如果該值沒有從寄存器中推出（或在不同的地方推出......），那么當它再次存儲在內存中時，您會得到不同的截斷。

根據 gcc 郵件列表/錯誤報告中的注釋，所有這些都是 IEEE 批准的。

因為自從 80386 以來我就沒有接觸過寄存器，所以我只能猜測現代 x86 和 amd_64 處理器有什么； 但我猜測 gcc 沒有提示，對於 x86，它使用的是基本的 x87 寄存器集或基本的 SSE 寄存器集。

所以使用 fabs(xy) < epsilon; 的經驗法則。 持有，正如@Martin Beckett 評論的帖子所指出的那樣，CUnit 以雙格式提供（如果有人想像我習慣的那樣對事物進行分析，可以輕松地編寫宏的浮動版本）在。

Answer 5

我認為有一種不同的方式來解決這個問題。 問題是關於單元測試。 單元測試應該測試和記錄被測單元 (uut)。

為此，在編寫測試時應詢問 uut 可接受的容差是多少。 （這可能需要針對每個 uut 而不是跨測試項目考慮）。

通過這種方式，測試可以避免測試相等性，測試該值是否在可接受的范圍內，以及記錄單元測試結果的可接受容差。