Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
닷넷: 2258. C# - double (배정도 실수) 저장소의 비트 구조 [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 8751
글쓴 사람
정성태 (techsharer at outlook.com)
홈페이지
첨부 파일

(시리즈 글이 8개 있습니다.)
.NET Framework: 539. C# - 부동 소수 계산 왜 이렇게 나오죠? (1)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/10872

.NET Framework: 540. C# - 부동 소수 계산 왜 이렇게 나오죠? (2)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/10873

.NET Framework: 608. double 값을 구할 때는 반드시 피연산자를 double로 형변환!
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11055

개발 환경 구성: 440. C#, C++ - double의 Infinity, NaN 표현 방식
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11896

기타: 85. 단정도/배정도 부동 소수점의 정밀도(Precision)에 따른 형변환 손실
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13212

닷넷: 2257. C# - float (단정도 실수) 저장소의 비트 구조
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13617

닷넷: 2258. C# - double (배정도 실수) 저장소의 비트 구조
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13618

닷넷: 2259. C# - decimal 저장소의 비트 구조
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13619




C# - double (배정도 실수) 저장소의 비트 구조

double의 경우 지난 글에서 다룬 float 방식과 거의 같습니다.

C# - float (단정도 실수) 저장소의 비트 구조
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13617

단지, 지수부와 가수부를 위한 비트 수만 좀 더 확장한 유형인데요, 다음의 그림에 따라,

[배정도 실수 - 그림 출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Double-precision_floating-point_format]
single_float_2.png

비트 구조만 맞춰서 masking만 잘하면 됩니다.

static unsafe void Main(string[] args)
{
    double d = -118.625;
    Console.WriteLine($"{d} (decimal: {(decimal)d}): sizeof(double): {sizeof(double)}");
    Console.WriteLine();

    byte* pDouble = (byte*)&d;
    PrintDoubleFormat(pDouble);
}

private static unsafe void PrintDoubleFormat(byte* pDouble)
{
    ulong data = *(ulong*)pDouble;

    ulong signBitMask = 0b_1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000;
    ulong exponentMask = 0b_0111_1111_1111_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000;
    ulong fractionMask = 0b_0000_0000_0000_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111;

    ulong signBit = (data & signBitMask);
    ulong exponentBits = (data & exponentMask);
    ulong fractionBits = (data & fractionMask);

    Console.WriteLine("signBit: \t" + Convert.ToString((long)signBit, 2).PadLeft(64, '0').Separator(4, '_'));
    Console.WriteLine("exponentBits: \t" + Convert.ToString((long)exponentBits, 2).PadLeft(64, '0').Separator(4, '_'));
    Console.WriteLine("fractionBits: \t" + Convert.ToString((long)fractionBits, 2).PadLeft(64, '0').Separator(4, '_'));
}

실행하면 다음과 같은 결과가 나오는데요,

-118.625 (decimal: -118.625): sizeof(double): 8

signBit:        1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000
exponentBits:   0100_0000_0101_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000
fractionBits:   0000_0000_0000_1101_1010_1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000

IEEE 754 표준에 따른 정규화 과정을 거쳐,

2진수 변환)
-118.625 ==> 1110110.101

지수 표현)
1110110.101 ==> 1.110110101 * 26
    지수부: 6
    가수부: 1.110110101

double의 경우 float와는 달리 exponentBits가 11비트로 늘었는데요, 따라서 0 ~ 2,047의 수를 표현할 수 있으니 bias 값이 1,023이 됩니다. 결국 지수부 6에 (float는 127을 더했지만) 1023을 더한 1029 값이 exponentBits(100 0000 0101)로 설정됩니다.

가수부의 처리도 비트만 52비트로 늘었을 뿐 float에서의 처리와 다르지 않습니다.




분해된 정보로부터 원래의 double 값을 복원하는 것도 float에서의 규칙과 같습니다. 가수부의 110110101에서 생략된 가장 상위의 1을 복원시키고,

1_1011_0101 ==> 11_1011_0101

그다음, 지수부의 1029를 원래의 지수로 만들어줍니다. (반대로 1023을 빼면 됩니다.)

6 = 1029 - 1023

이렇게 구한 값들을 통해 처음의 double 값으로 복원할 수 있습니다.

1.110110101 * 2E6

==> 1110110.101

10진수로 ==> 118.625

==> sign 비트 적용
-118.625

이 과정 역시 float의 코드를 조금만 바꾸면 double로 이렇게 만들 수 있고,

{
    bool minus = signBit != 0;
    ulong exponents = exponentBits >> 52;

    // 삭제된 1을 복원하고,
    ulong fractions = fractionBits | 0b_0000_0000_0001_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000;

    int shift = (int)exponents - 1023;

    // (삭제된 1로 인해 12비트가 아닌) 11비트만 shift 시키면 원래의 가수로 변환
    fractions = fractions << 11;
    string mantissa = Convert.ToString((long)fractions, 2).TrimEnd('0');
    Console.WriteLine($"{(minus ? "-" : "")}{mantissa} * 2E{shift}");

    mantissa = Convert.ToString((long)fractions, 2).TrimEnd('0');
    mantissa = MarkDecimalPoint(mantissa, shift);
    Console.WriteLine($"{(minus ? "-" : "")}{mantissa}");

    decimal value = Recomposite(mantissa) * (minus ? -1 : 1);
    Console.WriteLine($"{value}, (double: {(double)value})");
}

// ... 기타 코드는 float 예제와 동일 ...

이전 코드와 합쳐서 실행해 보면 이런 결과를 얻을 수 있습니다.

-118.625 (decimal: -118.625): sizeof(double): 8

signBit:        1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000
exponentBits:   0100_0000_0101_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000
fractionBits:   0000_0000_0000_1101_1010_1000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000

-1110110101 * 2E6
-1110110.101
-118.625, (double: -118.625)

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




참고로, NaN과 infinity 처리도 있는데 이에 대해서는 전에 설명한 적이 있습니다.

C#, C++ - double의 Infinity, NaN 표현 방식
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11896

그런데 저렇게 장황하게 설명한 것보다 아래의 글에 도표로 잘 정리된 것이 있군요. ^^

Binary floating point and .NET
; https://csharpindepth.com/Articles/FloatingPoint

float_nan_infinity_1.png




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]







[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 5/10/2024]

Creative Commons License
이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 라이센스에 따라 이용하실 수 있습니다.
by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com

비밀번호

댓글 작성자
 




... 121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  [131]  132  133  134  135  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
1780정성태10/15/201424206오류 유형: 249. The application-specific permission settings do not grant Local Activation permission for the COM Server application with CLSID
1779정성태10/15/201419744오류 유형: 248. Active Directory에서 OU가 지워지지 않는 경우
1778정성태10/10/201418192오류 유형: 247. The Netlogon service could not create server share C:\Windows\SYSVOL\sysvol\[도메인명]\SCRIPTS.
1777정성태10/10/201421313오류 유형: 246. The processing of Group Policy failed. Windows attempted to read the file \\[도메인]\sysvol\[도메인]\Policies\{...GUID...}\gpt.ini
1776정성태10/10/201418329오류 유형: 245. 이벤트 로그 - Name resolution for the name _ldap._tcp.dc._msdcs.[도메인명]. timed out after none of the configured DNS servers responded.
1775정성태10/9/201419448오류 유형: 244. Visual Studio 디버깅 (2) - Unable to break execution. This process is not currently executing the type of code that you selected to debug.
1774정성태10/9/201426645개발 환경 구성: 246. IIS 작업자 프로세스의 20분 자동 재생(Recycle)을 끄는 방법
1773정성태10/8/201429795.NET Framework: 471. 웹 브라우저로 다운로드가 되는 파일을 왜 C# 코드로 하면 안되는 걸까요? [1]
1772정성태10/3/201418604.NET Framework: 470. C# 3.0의 기본 인자(default parameter)가 .NET 1.1/2.0에서도 실행될까? [3]
1771정성태10/2/201428106개발 환경 구성: 245. 실행된 프로세스(EXE)의 명령행 인자를 확인하고 싶다면 - Sysmon [4]
1770정성태10/2/201421712개발 환경 구성: 244. 매크로 정의를 이용해 파일 하나로 C++과 C#에서 공유하는 방법 [1]파일 다운로드1
1769정성태10/1/201424132개발 환경 구성: 243. Scala 개발 환경 구성(JVM, 닷넷) [1]
1768정성태10/1/201419557개발 환경 구성: 242. 배치 파일에서 Thread.Sleep 효과를 주는 방법 [5]
1767정성태10/1/201424640VS.NET IDE: 94. Visual Studio 2012/2013에서의 매크로 구현 - Visual Commander [2]
1766정성태10/1/201422507개발 환경 구성: 241. 책 "프로그래밍 클로저: Lisp"을 읽고 나서. [1]
1765정성태9/30/201426060.NET Framework: 469. Unity3d에서 transform을 변수에 할당해 사용하는 특별한 이유가 있을까요?
1764정성태9/30/201422304오류 유형: 243. 파일 삭제가 안 되는 경우 - The action can't be comleted because the file is open in System
1763정성태9/30/201423876.NET Framework: 468. PDB 파일을 연동해 소스 코드 라인 정보를 알아내는 방법파일 다운로드1
1762정성태9/30/201424555.NET Framework: 467. 닷넷에서 EIP/RIP 레지스터 값을 구하는 방법 [1]파일 다운로드1
1761정성태9/29/201421602.NET Framework: 466. 윈도우 운영체제의 보안 그룹 이름 및 설명 문자열을 바꾸는 방법파일 다운로드1
1760정성태9/28/201419882.NET Framework: 465. ICorProfilerInfo::GetILToNativeMapping 메서드가 0x80131358을 반환하는 경우
1759정성태9/27/201430993개발 환경 구성: 240. Visual C++ / x64 환경에서 inline-assembly를 매크로 어셈블리로 대체하는 방법파일 다운로드1
1758정성태9/23/201437894개발 환경 구성: 239. 원격 데스크톱 접속(RDP)을 기존의 콘솔 모드처럼 사용하는 방법 [1]
1757정성태9/23/201418429오류 유형: 242. Lync로 모임 참여 시 소리만 들리지 않는 경우 - 두 번째 이야기
1756정성태9/23/201427460기타: 48. NVidia 제품의 과다한 디스크 사용 [2]
1755정성태9/22/201434237오류 유형: 241. Unity Web Player를 설치해도 여전히 설치하라는 화면이 나오는 경우 [4]
... 121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  [131]  132  133  134  135  ...