haskell - 将 Haskell Word32/64 中的 IEEE 754 浮点与 Haskell Float/Double 相互转换

Question

问题

在 Haskell 中，base 库和 Hackage 包提供了多种将二进制 IEEE-754 float 据与提升的 Float 和 Double< 相互转换的方法。/ 类型。然而，这些方法的准确性、性能和可移植性尚不清楚。

对于旨在跨平台(反)序列化二进制格式的 GHC 目标库，处理 IEEE-754 float 据的最佳方法是什么？

方法

这些是我在现有图书馆和在线资源中遇到的方法。

FFI 编码

这是 data-binary-ieee754 使用的方法包裹。由于 Float、Double、Word32 和 Word64 都是 Storable 的实例，因此可以poke将源类型的值放入外部缓冲区，然后peek目标类型的值:

toFloat :: (F.Storable word, F.Storable float) => word -> float
toFloat word = F.unsafePerformIO $ F.alloca $ \buf -> do
    F.poke (F.castPtr buf) word
    F.peek buf

在我的机器上这是可行的，但我不愿意看到仅仅为了完成强制而执行分配。此外，尽管并非该解决方案所独有，但这里有一个隐含的假设:IEEE-754 实际上是内存中的表示形式。包装附带的测试给了它“在我的机器上运行”的批准印章，但这并不理想。

不安全强制

使用内存中 IEEE-754 表示的相同隐式假设，以下代码也获得“在我的机器上运行”印章:

toFloat :: Word32 -> Float
toFloat = unsafeCoerce

这样做的好处是不像上面的方法那样执行显式分配，但是documentation说“你有责任确保新旧类型具有相同的内部表示”。这个隐含的假设仍然在完成所有工作，并且在处理提升类型时更加费力。

unsafeCoerce#

扩展“可移植”的限制:

toFloat :: Word -> Float
toFloat (W# w) = F# (unsafeCoerce# w)

这似乎可行，但似乎根本不实用，因为它仅限于 GHC.Exts类型。绕过提升的类型很好，但只能说这么多了。

encodeFloat 和 decodeFloat

这种方法具有绕过名称中带有 unsafe 的任何内容的良好特性，但似乎不太正确地获得 IEEE-754。一个previous SO answer对类似问题提供了一种简洁的方法，并且 ieee754-parser包在被弃用之前使用了更通用的方法，转而使用 data-binary-ieee754。

拥有不需要对底层表示进行隐式假设的代码很有吸引力，但这些解决方案依赖于 encodeFloat 和 decodeFloat，这显然是 fraught with inconsistencies 。我还没有找到解决这些问题的方法。

Answer 1

Simon Marlow 在 GHC bug 2209 中提到了另一种方法(也链接到 Bryan O'Sullivan 的回答)

You can achieve the desired effect using castSTUArray, incidentally (this is the way we do it in GHC).

我在一些库中使用了此选项，以避免 FFI 编码方法所需的 unsafePerformIO。

{-# LANGUAGE FlexibleContexts #-}

import Data.Word (Word32, Word64)
import Data.Array.ST (newArray, castSTUArray, readArray, MArray, STUArray)
import GHC.ST (runST, ST)

wordToFloat :: Word32 -> Float
wordToFloat x = runST (cast x)

floatToWord :: Float -> Word32
floatToWord x = runST (cast x)

wordToDouble :: Word64 -> Double
wordToDouble x = runST (cast x)

doubleToWord :: Double -> Word64
doubleToWord x = runST (cast x)

{-# INLINE cast #-}
cast :: (MArray (STUArray s) a (ST s),
         MArray (STUArray s) b (ST s)) => a -> ST s b
cast x = newArray (0 :: Int, 0) x >>= castSTUArray >>= flip readArray 0

我内联了强制转换函数，因为这样做会导致 GHC 生成更紧密的核心。内联后，wordToFloat 被转换为对 runSTRep 的调用。和三个primops (newByteArray#、writeWord32Array#、readFloatArray#)。

我不确定与 FFI 编码方法相比性能如何，但只是为了好玩我比较了核心 generated by both options .

在这方面，进行 FFI 编码要复杂一些。它调用unsafeDupablePerformIO和 7 个 primops(noDuplicate#、newAlignedPinnedByteArray#、unsafeFreezeByteArray#、byteArrayContents#、writeWord32OffAddr#, readFloatOffAddr#, touch#)。

我才刚刚开始学习如何分析核心，也许有更多经验的人可以评论这些操作的成本？