python - 如何在不设置第 23 位的情况下在 python 中创建自定义 NaN(单精度)？

Question

我正在尝试通过选择分数 位来创建浮点 NaN。但似乎 python float 在解释 NaN 时总是设置第 23 个小数位(IEEE754 单)。

所以，我的问题是:是否可以在不设置第 23 位的情况下在 python 中定义 float nan？

(我使用的是 Python 2.7)

NaNs in IEEE 754 have this format:
sign = either 0 or 1.
biased exponent = all 1 bits.
fraction = anything except all 0 bits (since all 0 bits represents infinity).

因此，NaN 的十六进制表示可能是 0x7F800001，但是当将此 int 解释为 float 并将其解释回 int 时，会得到 0x7FC00001

第一次尝试:struct.pack/unpack:

import struct

def hex_to_float(value):
    return struct.unpack( '@f', struct.pack( '@L', value) )[0]

def float_to_hex(value):
    return struct.unpack( '@L', struct.pack( '@f', value) )[0]

print hex(float_to_hex(hex_to_float(0x7f800001)))
# 0x7fc00001

第二次尝试:ctypes

import ctypes

def float2hex(float_input):
    INTP = ctypes.POINTER(ctypes.c_uint)
    float_value = ctypes.c_float(float_input)
    my_pointer = ctypes.cast(ctypes.addressof(float_value), INTP)
    return my_pointer.contents.value

def hex2float(hex_input):
    FLOATP = ctypes.POINTER(ctypes.c_float)
    int_value = ctypes.c_uint(hex_input)
    my_pointer = ctypes.cast(ctypes.addressof(int_value), FLOATP)
    return my_pointer.contents.value

print hex(float2hex(hex2float(0x7f800001)))
# 0x7fc00001L

第三次尝试:xdrlib packers。相同的结果。

Answer 1

潜在的问题是您将 C-float(具有 32 位)转换为 Python-float(具有 64 位，即 C 语言中的 double)，然后再转换回 C-float .

两个 cconversions 的执行并不总是导致原始输入 - 你正在目睹这种情况。

如果确切的位模式很重要，您应该不惜一切代价避免上述转换。

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这里有一些血淋淋的细节:

所以当 struct.unpack('=f', some_bytes)(请注意，与您使用的相比，我使用标准大小的 =-format 字符 native 大小 ('@')，例如 @L 在 Windows 和 Linux 上表示不同的东西)，会发生以下情况:

• unpack_float被调用，调用
• _PyFloat_Unpack4 ，它将数据( here 或 here )解释为
• 32bit-c-float , 即 float,
• 但将其转换为double(因为该函数返回一个“double”)while returning .

在 x86-64 上，最后一次转换意味着操作 VCVTSS2SD (即将标量单精度浮点值转换为标量 double 浮点值)并且此操作导致

0x7f800001 变成 0x7ff8000020000000。

如您所见，操作 struct.unpack( '=f', struct.pack( '=L', value) )[0] 的结果已经不是放入的结果.

但是，为 python-float value(它是 C 的 double), 将使我们到达 _PyFloat_Pack4 , where从 double 到 float 的转换发生了，即 CVTSD2SS (Convert Scalar Double-Precision Floating-Point Value to Scalar Single-Precision Floating-Point Value) 被调用并且

0x7ff8000020000000 变为 0x7fc00001。