一些统计数据与这个著名的双精度问题有关。

当使用0.1（从0.1到100）的步长将所有值（a+b）相加时，精度误差的概率约为15%。请注意，该错误可能会导致稍大或稍小的值。以下是一些示例：

0.1 + 0.2 = 0.30000000000000004 (BIGGER)
0.1 + 0.7 = 0.7999999999999999 (SMALLER)
...
1.7 + 1.9 = 3.5999999999999996 (SMALLER)
1.7 + 2.2 = 3.9000000000000004 (BIGGER)
...
3.2 + 3.6 = 6.800000000000001 (BIGGER)
3.2 + 4.4 = 7.6000000000000005 (BIGGER)

当使用0.1（从100到0.1）的步长减去所有值（a-b，其中a>b）时，我们有大约34%的精度误差。以下是一些示例：

0.6 - 0.2 = 0.39999999999999997 (SMALLER)
0.5 - 0.4 = 0.09999999999999998 (SMALLER)
...
2.1 - 0.2 = 1.9000000000000001 (BIGGER)
2.0 - 1.9 = 0.10000000000000009 (BIGGER)
...
100 - 99.9 = 0.09999999999999432 (SMALLER)
100 - 99.8 = 0.20000000000000284 (BIGGER)

*15%和34%确实是巨大的，所以当精度非常重要时，请始终使用BigDecimal。使用2个十进制数字（步骤0.01），情况会进一步恶化（18%和36%）。

它被打破的方式与你在小学学习并每天使用的十进制（以10为基础）表示法完全相同，只是以2为基础。

要理解，请考虑将1/3表示为十进制值。这是不可能做到的！世界将在你写完小数点后的3之前结束，所以我们写了一些地方，认为它足够准确。

以同样的方式，1/10（十进制0.1）不能以2为基数（二进制）精确地表示为“十进制”值；小数点后的重复模式将永远持续下去。该值不精确，因此无法使用常规浮点方法对其进行精确计算。与基数10一样，还有其他值也显示了这个问题。

浮点数的陷阱是它们看起来像十进制，但它们是二进制的。

2的唯一素因子是2，而10的素因子为2和5。这样做的结果是，每一个可以完全写成二进制分数的数字也可以完全写成十进制分数，但只有一部分可以写成十进制分数的数字可以写成二进制分数。

浮点数本质上是一个有效位数有限的二进制分数。如果你超过这些有效数字，那么结果将被四舍五入。

当您在代码中键入文字或调用函数将浮点数解析为字符串时，它需要一个十进制数，并将该十进制数的二进制近似值存储在变量中。

当您打印浮点数或调用函数将浮点数转换为字符串时，它将打印浮点数的十进制近似值。可以将二进制数字精确地转换为十进制，但在转换为字符串*时，我所知道的任何语言都不会默认这样做。一些语言使用固定数量的有效数字，其他语言使用最短的字符串，该字符串将“往返”返回到相同的浮点值。

*Python在将浮点数转换为“decimal.decimal”时确实会进行精确的转换。这是我所知道的获得浮点数的精确十进制等效值的最简单方法。

我的答案很长，所以我把它分成了三部分。因为这个问题是关于浮点数学的，所以我把重点放在了机器的实际功能上。我还将其指定为双精度（64位），但该参数同样适用于任何浮点运算。

序言

IEEE 754双精度二进制浮点格式（binary64）数字表示以下形式的数字

值=（-1）^s*（1.m51m50…m2m1m0）2*2e-1023

64位：

第一位是符号位：如果数字为负，则为1，否则为0。接下来的11位是指数，偏移1023。换句话说，在从双精度数字中读取指数位之后，必须减去1023以获得2的幂。剩下的52位是有效位（或尾数）。在尾数中，“隐含”1。由于任何二进制值的最高有效位为1，因此总是省略2。

1-IEEE 754允许有符号零的概念-+0和-0被不同地对待：1/（+0）是正无穷大；1/（-0）是负无穷大。对于零值，尾数和指数位均为零。注意：零值（+0和-0）未明确归为非标准2。

2-非正规数的情况并非如此，其偏移指数为零（以及隐含的0）。非正规双精度数的范围为dmin≤|x|≤dmax，其中dmin（最小的可表示非零数）为2-1023-51（≈4.94*10-324），dmax（最大的非正规数，其尾数完全由1组成）为2-1023+1-21-23-51（≈2.225*10-308）。

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将双精度数字转换为二进制

存在许多在线转换器来将双精度浮点数转换为二进制（例如，在binaryconvert.com），但这里有一些示例C#代码来获得双精度数字的IEEE 754表示（我用冒号（：）分隔这三个部分：

public static string BinaryRepresentation(double value)
{
    long valueInLongType = BitConverter.DoubleToInt64Bits(value);
    string bits = Convert.ToString(valueInLongType, 2);
    string leadingZeros = new string('0', 64 - bits.Length);
    string binaryRepresentation = leadingZeros + bits;

    string sign = binaryRepresentation[0].ToString();
    string exponent = binaryRepresentation.Substring(1, 11);
    string mantissa = binaryRepresentation.Substring(12);

    return string.Format("{0}:{1}:{2}", sign, exponent, mantissa);
}

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开门见山：最初的问题

（对于TL；DR版本，跳到底部）

卡托·约翰斯顿（提问者）问为什么0.1+0.2！=0.3.

以二进制（用冒号分隔三个部分）编写，IEEE 754值表示为：

0.1 => 0:01111111011:1001100110011001100110011001100110011001100110011010
0.2 => 0:01111111100:1001100110011001100110011001100110011001100110011010

请注意，尾数由0011的重复数字组成。这是为什么计算有任何错误的关键-0.1、0.2和0.3不能用二进制精确地表示在有限数量的二进制位中，任何超过1/9、1/3或1/7的二进制位都可以用十进制数字精确地表示。

还要注意，我们可以将指数的幂减小52，并将二进制表示中的点向右移动52位（非常类似10-3*1.23==10-5*123）。这使我们能够将二进制表示表示为它以a*2p形式表示的精确值。其中“a”是整数。

将指数转换为十进制、删除偏移量并重新添加隐含的1（在方括号中）、0.1和0.2为：

0.1 => 2^-4 * [1].1001100110011001100110011001100110011001100110011010
0.2 => 2^-3 * [1].1001100110011001100110011001100110011001100110011010
or
0.1 => 2^-56 * 7205759403792794 = 0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625
0.2 => 2^-55 * 7205759403792794 = 0.200000000000000011102230246251565404236316680908203125

要添加两个数字，指数必须相同，即：

0.1 => 2^-3 *  0.1100110011001100110011001100110011001100110011001101(0)
0.2 => 2^-3 *  1.1001100110011001100110011001100110011001100110011010
sum =  2^-3 * 10.0110011001100110011001100110011001100110011001100111
or
0.1 => 2^-55 * 3602879701896397  = 0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625
0.2 => 2^-55 * 7205759403792794  = 0.200000000000000011102230246251565404236316680908203125
sum =  2^-55 * 10808639105689191 = 0.3000000000000000166533453693773481063544750213623046875

由于和的形式不是2n*1.｛bbb｝，我们将指数增加1，并移动小数（二进制）点以获得：

sum = 2^-2  * 1.0011001100110011001100110011001100110011001100110011(1)
    = 2^-54 * 5404319552844595.5 = 0.3000000000000000166533453693773481063544750213623046875

现在尾数中有53位（第53位在上一行的方括号中）。IEEE 754的默认舍入模式是“舍入到最近”，即如果数字x介于两个值a和b之间，则选择最低有效位为零的值。

a = 2^-54 * 5404319552844595 = 0.299999999999999988897769753748434595763683319091796875
  = 2^-2  * 1.0011001100110011001100110011001100110011001100110011

x = 2^-2  * 1.0011001100110011001100110011001100110011001100110011(1)

b = 2^-2  * 1.0011001100110011001100110011001100110011001100110100
  = 2^-54 * 5404319552844596 = 0.3000000000000000444089209850062616169452667236328125

注意，a和b仅在最后一位不同。。。0011 + 1 = ...0100。在这种情况下，最低有效位为零的值为b，因此总和为：

sum = 2^-2  * 1.0011001100110011001100110011001100110011001100110100
    = 2^-54 * 5404319552844596 = 0.3000000000000000444089209850062616169452667236328125

而0.3的二进制表示是：

0.3 => 2^-2  * 1.0011001100110011001100110011001100110011001100110011
    =  2^-54 * 5404319552844595 = 0.299999999999999988897769753748434595763683319091796875

其仅与0.1和0.2之和的二进制表示相差2-54。

0.1和0.2的二进制表示是IEEE 754允许的数字的最精确表示。由于默认舍入模式，添加这些表示会导致一个仅在最低有效位不同的值。

TL；博士

将0.1+0.2写入IEEE 754二进制表示（用冒号分隔三个部分），并将其与0.3进行比较，这是（我将不同的位放在方括号中）：

0.1 + 0.2 => 0:01111111101:0011001100110011001100110011001100110011001100110[100]
0.3       => 0:01111111101:0011001100110011001100110011001100110011001100110[011]

转换回十进制，这些值为：

0.1 + 0.2 => 0.300000000000000044408920985006...
0.3       => 0.299999999999999988897769753748...

与原始值相比，差异正好为2-54，约为5.5511151231258×10-17（对于许多应用）。

比较浮点数的最后几位本来就很危险，任何读过著名的《每一位计算机科学家都应该知道的关于浮点运算》（该书涵盖了这个答案的所有主要部分）的人都会知道。

大多数计算器使用额外的保护数字来解决这个问题，这就是0.1+0.2如何给出0.3：最后几位是四舍五入的。

浮点舍入错误。由于缺少5的素因子，0.1在基-2中不能像在基-10中那样精确地表示。正如1/3以十进制表示需要无限位数，但以3为基数表示为“0.1”，0.1以2为基数表示，而以10为基数不表示。计算机没有无限的内存。

浮点舍入错误。从每个计算机科学家应该知道的浮点运算：

将无限多的实数压缩成有限位数需要近似表示。虽然有无限多的整数，但在大多数程序中，整数计算的结果可以存储在32位中。相反，给定任何固定位数，大多数使用实数的计算将产生无法使用那么多位数精确表示的量。因此，浮点计算的结果必须经常舍入，以适应其有限表示。这种舍入误差是浮点计算的特征。