请问如何区分c语言中float和double的用法？
在C语言的世界里，浮点数是我们处理小数和科学计数法数据时的得力助手。而其中最常遇到的两种类型，便是 `float` 和 `double`。它们虽然都用于表示实数，但却有着关键的区别，而这些区别直接影响着我们程序的精度、内存占用以及性能。理解它们的用法，就像是学会了区分两种不同容量的水杯，知道什么时候用小杯子盛饮料，什么时候用大杯子才更合适。
它们都是啥？—— 浮点数的本质
在深入区分 `float` 和 `double` 之前，先简单回顾一下浮点数在计算机里是怎么存储的。它们不是像整数那样直接存储一个值，而是遵循一个国际标准，通常是 IEEE 754 标准。这个标准将一个浮点数分解为三个部分：
1. 符号位 (Sign Bit): 标记这个数是正数还是负数，1位。
2. 指数部分 (Exponent): 表示这个数的大小范围，比如10的多少次方，或者2的多少次方。
3. 尾数部分 (Mantissa/Fraction): 表示这个数的精度，也就是小数点后的数字。
你可以想象成科学计数法：1.2345 × 10^6。这里的“”是符号，“10^6”是指数，“1.2345”就是尾数。
`float`：小巧玲珑的单精度浮点数
`float`，中文叫“单精度浮点数”。顾名思义，它在存储和表示浮点数时，使用的是相对较少的位数，因此它在内存中占据的空间也比较小。
内存占用: 在绝大多数C语言实现中，`float` 类型占用 4个字节 (32位) 的内存空间。
精度: 它大约能提供 7位十进制数字 的精度。这意味着，如果你有一个非常精确的数字，比如 `1.23456789012345`，用 `float` 来存储，后面多余的部分就会被截断或四舍五入，你最多只能信赖前7位有效数字。
取值范围: `float` 可以表示的数值范围也相对有限。通常，它可以表示大约 ±3.4 × 10^38 到 ±3.4 × 10^38 之间的数。
用途:
内存受限的环境: 当你的程序需要处理大量浮点数，并且对精度要求不是特别苛刻时，使用 `float` 可以显著减少内存占用，这在嵌入式系统、手机应用等资源有限的场景下尤为重要。
性能要求不高但需要浮点运算: 在一些简单的计算中，比如图形渲染中颜色值的处理（通常只需要几位精度），或者物理模拟中的一些非关键变量，`float` 已经足够，并且编译器可能对 `float` 运算有硬件加速，在某些架构上甚至可能比 `double` 更快（尽管这不总是绝对的）。
与外部库或文件交互: 有些第三方库或者数据文件格式可能就是以单精度浮点数进行存储和交换的。
举个例子，如果你这样定义一个 `float`：
```c
float pi_single = 3.1415926535f;
```
注意后面那个 `f` 或者 `F` 后缀，它告诉编译器这是一个 `float` 字面量，而不是默认的 `double`。如果不加，编译器会默认按照 `double` 来处理 `3.1415926535`，然后试图将其赋值给 `float` 变量，可能会引发一个编译器警告。
当进行计算时，`float` 的精度限制会显现出来：
```c
float a = 1.0f / 3.0f; // a 约为 0.33333334f
float b = 1.0f / 7.0f; // b 约为 0.14285714f
// 当你打印 a 和 b 时，你会发现精度丢失
printf("a = %f ", a); // 输出可能类似: a = 0.333333
printf("b = %f ", b); // 输出可能类似: b = 0.142857
```
`double`：稳健可靠的双精度浮点数
`double`，中文叫“双精度浮点数”。它在表示浮点数时，使用了更多的位数，因此提供了更高的精度和更广的取值范围。
内存占用: 在绝大多数C语言实现中，`double` 类型占用 8个字节 (64位) 的内存空间。
精度: 它大约能提供 15位十进制数字 的精度。这意味着，你可以更准确地表示更复杂的数值，减少计算过程中的累积误差。
取值范围: `double` 可以表示的数值范围比 `float` 更广。通常，它可以表示大约 ±1.7 × 10^308 到 ±1.7 × 10^308 之间的数。
用途:
科学计算和工程应用: 这是 `double` 最常用的领域。无论是物理模拟、金融建模、数据分析，还是需要高精度数学运算的任何地方，`double` 都是首选，因为它能最大限度地减少精度损失，保证计算结果的准确性。
默认浮点类型: 在C语言中，如果不指定 `f` 后缀，浮点数常数（如 `3.14159`）默认会被当作 `double` 类型处理。如果你在函数参数传递或函数返回值中使用浮点数，并且不明确指定类型，编译器通常会将其视为 `double`。
避免精度问题: 在大多数通用编程场景下，除非有特别明确的理由（比如前述的内存限制或性能优化），优先使用 `double` 是一个更安全、更不容易出错的选择，因为它能提供更好的精度。
举个例子，如果你这样定义一个 `double`：
```c
double pi_precise = 3.141592653589793; // 不需要f后缀，它默认就是double
```
进行计算时，`double` 的精度优势就体现出来了：
```c
double a = 1.0 / 3.0; // a 约为 0.3333333333333333
double b = 1.0 / 7.0; // b 约为 0.14285714285714285
// 打印时，你会看到更高的精度
printf("a = %.10f ", a); // 输出可能类似: a = 0.3333333333
printf("b = %.15f ", b); // 输出可能类似: b = 0.142857142857143
```
如何选择：权衡取舍
选择 `float` 还是 `double`，关键在于理解你的需求和潜在的权衡：
1. 精度需求:
如果你需要非常精确的计算，例如科学计算、金融计算，或者任何可能涉及大量累积误差的场景，果断选择 `double`。
如果你的计算对精度要求不高，几位有效数字就足够了，并且你知道这样选择不会带来问题，那么 `float` 也是一个选项。
2. 内存占用:
如果你需要存储大量的浮点数，例如在处理大型数据集、图像像素数据时，并且内存是瓶颈，那么 `float` 的4个字节相比 `double` 的8个字节能节省一半的内存。
如果内存不是主要限制因素，那么 `double` 的使用不会带来显著的内存压力。
3. 性能:
理论上，`float` 运算比 `double` 运算快，因为处理的数据量更小。在一些不支持硬件 `double` 运算的嵌入式平台，或者某些特定处理器架构上，`float` 可能有明显的性能优势。
然而，在现代的桌面CPU和GPU上，`double` 的运算性能已经非常优化，尤其是在进行复杂的数学运算时，两者之间的性能差距可能并不像你想象的那么大，甚至在某些情况下，使用 `double` 反而可能因为编译器能够更好地利用浮点单元（FPU）而表现更好。 不要仅仅基于“`float` 更快”这个笼统的说法来做决定，最好是根据实际的性能测试来判断。
4. 默认行为:
记住，C语言中未加 `f` 后缀的浮点字面量（如 `3.14`）默认是 `double` 类型。如果你想使用 `float` 字面量，务必加上 `f` 后缀（如 `3.14f`）。
总结一下选择的指导方针：
默认优先： 在不确定或者没有特殊要求时，优先使用 `double`。这是最安全的选择，可以避免很多潜在的精度问题。
性能优化： 如果你经过性能分析，发现浮点运算是程序的瓶颈，并且使用 `float` 确实能带来显著的性能提升，并且你评估了其精度损失是可以接受的，那么可以考虑切换到 `float`。
内存限制： 如果你的程序对内存占用极其敏感，需要存储海量浮点数，并且精度要求不高，那么 `float` 是一个值得考虑的选择。
兼容性： 如果你需要与特定的硬件、库或文件格式交互，而这些都明确使用了 `float`，那么你也需要使用 `float`。
打个比方，`float` 就像是一个质量不错的普通钢笔，日常书写足够了，而且比较轻便。而 `double` 则像一支高品质的签字笔，写出来的字迹更清晰、更持久，特别适合重要的文件或者需要精细表达的场合。根据你要“写”的东西（你的计算需求）来选择最合适的“笔”吧！
它们都是啥？—— 浮点数的本质
在深入区分 `float` 和 `double` 之前，先简单回顾一下浮点数在计算机里是怎么存储的。它们不是像整数那样直接存储一个值，而是遵循一个国际标准，通常是 IEEE 754 标准。这个标准将一个浮点数分解为三个部分：
1. 符号位 (Sign Bit): 标记这个数是正数还是负数，1位。
2. 指数部分 (Exponent): 表示这个数的大小范围，比如10的多少次方，或者2的多少次方。
3. 尾数部分 (Mantissa/Fraction): 表示这个数的精度，也就是小数点后的数字。
你可以想象成科学计数法：1.2345 × 10^6。这里的“”是符号，“10^6”是指数，“1.2345”就是尾数。
`float`：小巧玲珑的单精度浮点数
`float`，中文叫“单精度浮点数”。顾名思义，它在存储和表示浮点数时，使用的是相对较少的位数，因此它在内存中占据的空间也比较小。
内存占用: 在绝大多数C语言实现中，`float` 类型占用 4个字节 (32位) 的内存空间。
精度: 它大约能提供 7位十进制数字 的精度。这意味着，如果你有一个非常精确的数字，比如 `1.23456789012345`，用 `float` 来存储，后面多余的部分就会被截断或四舍五入，你最多只能信赖前7位有效数字。
取值范围: `float` 可以表示的数值范围也相对有限。通常，它可以表示大约 ±3.4 × 10^38 到 ±3.4 × 10^38 之间的数。
用途:
内存受限的环境: 当你的程序需要处理大量浮点数，并且对精度要求不是特别苛刻时，使用 `float` 可以显著减少内存占用，这在嵌入式系统、手机应用等资源有限的场景下尤为重要。
性能要求不高但需要浮点运算: 在一些简单的计算中，比如图形渲染中颜色值的处理（通常只需要几位精度），或者物理模拟中的一些非关键变量，`float` 已经足够，并且编译器可能对 `float` 运算有硬件加速，在某些架构上甚至可能比 `double` 更快（尽管这不总是绝对的）。
与外部库或文件交互: 有些第三方库或者数据文件格式可能就是以单精度浮点数进行存储和交换的。
举个例子，如果你这样定义一个 `float`：
```c
float pi_single = 3.1415926535f;
```
注意后面那个 `f` 或者 `F` 后缀，它告诉编译器这是一个 `float` 字面量，而不是默认的 `double`。如果不加，编译器会默认按照 `double` 来处理 `3.1415926535`，然后试图将其赋值给 `float` 变量，可能会引发一个编译器警告。
当进行计算时，`float` 的精度限制会显现出来：
```c
float a = 1.0f / 3.0f; // a 约为 0.33333334f
float b = 1.0f / 7.0f; // b 约为 0.14285714f
// 当你打印 a 和 b 时，你会发现精度丢失
printf("a = %f ", a); // 输出可能类似: a = 0.333333
printf("b = %f ", b); // 输出可能类似: b = 0.142857
```
`double`：稳健可靠的双精度浮点数
`double`，中文叫“双精度浮点数”。它在表示浮点数时，使用了更多的位数，因此提供了更高的精度和更广的取值范围。
内存占用: 在绝大多数C语言实现中，`double` 类型占用 8个字节 (64位) 的内存空间。
精度: 它大约能提供 15位十进制数字 的精度。这意味着，你可以更准确地表示更复杂的数值，减少计算过程中的累积误差。
取值范围: `double` 可以表示的数值范围比 `float` 更广。通常，它可以表示大约 ±1.7 × 10^308 到 ±1.7 × 10^308 之间的数。
用途:
科学计算和工程应用: 这是 `double` 最常用的领域。无论是物理模拟、金融建模、数据分析，还是需要高精度数学运算的任何地方，`double` 都是首选，因为它能最大限度地减少精度损失，保证计算结果的准确性。
默认浮点类型: 在C语言中，如果不指定 `f` 后缀，浮点数常数（如 `3.14159`）默认会被当作 `double` 类型处理。如果你在函数参数传递或函数返回值中使用浮点数，并且不明确指定类型，编译器通常会将其视为 `double`。
避免精度问题: 在大多数通用编程场景下，除非有特别明确的理由（比如前述的内存限制或性能优化），优先使用 `double` 是一个更安全、更不容易出错的选择，因为它能提供更好的精度。
举个例子，如果你这样定义一个 `double`：
```c
double pi_precise = 3.141592653589793; // 不需要f后缀，它默认就是double
```
进行计算时，`double` 的精度优势就体现出来了：
```c
double a = 1.0 / 3.0; // a 约为 0.3333333333333333
double b = 1.0 / 7.0; // b 约为 0.14285714285714285
// 打印时，你会看到更高的精度
printf("a = %.10f ", a); // 输出可能类似: a = 0.3333333333
printf("b = %.15f ", b); // 输出可能类似: b = 0.142857142857143
```
如何选择：权衡取舍
选择 `float` 还是 `double`，关键在于理解你的需求和潜在的权衡：
1. 精度需求:
如果你需要非常精确的计算，例如科学计算、金融计算，或者任何可能涉及大量累积误差的场景，果断选择 `double`。
如果你的计算对精度要求不高，几位有效数字就足够了，并且你知道这样选择不会带来问题，那么 `float` 也是一个选项。
2. 内存占用:
如果你需要存储大量的浮点数，例如在处理大型数据集、图像像素数据时，并且内存是瓶颈，那么 `float` 的4个字节相比 `double` 的8个字节能节省一半的内存。
如果内存不是主要限制因素，那么 `double` 的使用不会带来显著的内存压力。
3. 性能:
理论上，`float` 运算比 `double` 运算快，因为处理的数据量更小。在一些不支持硬件 `double` 运算的嵌入式平台，或者某些特定处理器架构上，`float` 可能有明显的性能优势。
然而，在现代的桌面CPU和GPU上，`double` 的运算性能已经非常优化，尤其是在进行复杂的数学运算时，两者之间的性能差距可能并不像你想象的那么大，甚至在某些情况下，使用 `double` 反而可能因为编译器能够更好地利用浮点单元（FPU）而表现更好。 不要仅仅基于“`float` 更快”这个笼统的说法来做决定，最好是根据实际的性能测试来判断。
4. 默认行为:
记住，C语言中未加 `f` 后缀的浮点字面量（如 `3.14`）默认是 `double` 类型。如果你想使用 `float` 字面量，务必加上 `f` 后缀（如 `3.14f`）。
总结一下选择的指导方针：
默认优先： 在不确定或者没有特殊要求时，优先使用 `double`。这是最安全的选择，可以避免很多潜在的精度问题。
性能优化： 如果你经过性能分析，发现浮点运算是程序的瓶颈，并且使用 `float` 确实能带来显著的性能提升，并且你评估了其精度损失是可以接受的，那么可以考虑切换到 `float`。
内存限制： 如果你的程序对内存占用极其敏感，需要存储海量浮点数，并且精度要求不高，那么 `float` 是一个值得考虑的选择。
兼容性： 如果你需要与特定的硬件、库或文件格式交互，而这些都明确使用了 `float`，那么你也需要使用 `float`。
打个比方，`float` 就像是一个质量不错的普通钢笔，日常书写足够了，而且比较轻便。而 `double` 则像一支高品质的签字笔，写出来的字迹更清晰、更持久，特别适合重要的文件或者需要精细表达的场合。根据你要“写”的东西（你的计算需求）来选择最合适的“笔”吧！
网友意见
sqrt函数的返回值是double类型。
相应的，返回float和long double的分别是sqrtf、sqrtl。
其他数学函数同理。
因为函数的可变参数列表中，float会自动提升为double，所以printf函数中%f和%lf都可以用于float和double，二者无区别。（但是C90及以前则只定义了%f、没有定义%lf）。
但是，可变参数列表中，float *不会提升为double *，或者说是因为float和double的长度不同（指针三要素：指向的首地址、指向目标的长度、指向目标的类型），所以scanf中float能且只能用%f、double能且只能用%lf。
至于long double，无论是printf还是scanf，都用%Lf。
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