PHP 和 MySQL 固定點(diǎn)數(shù)值運(yùn)算的挑戰(zhàn)與技巧

處理固定點(diǎn)數(shù)值時(shí)，需要格外小心，尤其是在使用 PHP 和 MySQL 進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)。本文將探討使用 PHP BCMath 擴(kuò)展、MySQL 固定點(diǎn)表達(dá)式處理以及將固定點(diǎn)數(shù)據(jù)從 PHP 持久化到 MySQL 時(shí)遇到的障礙和細(xì)節(jié)問(wèn)題。盡管存在一些挑戰(zhàn)，我們將嘗試找出如何處理固定點(diǎn)數(shù)值并避免精度損失的方法。

要點(diǎn)總結(jié)

• PHP 中的 BCMath 擴(kuò)展支持任意精度數(shù)學(xué)運(yùn)算，但如果向其函數(shù)傳遞數(shù)值型變量，則可能導(dǎo)致精度損失。應(yīng)改用表示數(shù)字的字符串值以避免此問(wèn)題。
• MySQL 支持固定點(diǎn)數(shù)字表達(dá)式，但是，如果任何操作數(shù)采用指數(shù)格式或字符串格式，則會(huì)被視為浮點(diǎn)數(shù)。PHP PDO 擴(kuò)展沒(méi)有用于綁定的 Decimal 參數(shù)類(lèi)型，這可能導(dǎo)致結(jié)果不精確。
• 為了在 PHP MySQL 應(yīng)用程序中執(zhí)行精確的數(shù)學(xué)運(yùn)算，所有運(yùn)算都可以在 PHP 中處理，并且只有使用 INSERT 或 UPDATE 語(yǔ)句才能將數(shù)據(jù)持久化到 MySQL?；蛘?，可以手動(dòng)構(gòu)建 SQL 查詢，確保所有 SQL 數(shù)學(xué)表達(dá)式都以十進(jìn)制數(shù)表示。

BCMath 的問(wèn)題

BCMath 文檔指出：

為了進(jìn)行任意精度數(shù)學(xué)運(yùn)算，PHP 提供了二進(jìn)制計(jì)算器，它支持任何大小和精度的數(shù)字，這些數(shù)字以字符串表示。

因此，BCMath 函數(shù)參數(shù)應(yīng)以字符串表示。將數(shù)值型變量傳遞給 bcmath 函數(shù)可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果，與將雙精度值視為字符串時(shí)出現(xiàn)的精度損失相同。

案例 1

echo bcmul(776.210000, '100', 10) . PHP_EOL;
echo bcmul(776.211000, '100', 10) . PHP_EOL;
echo bcmul(776.210100, '100', 10) . PHP_EOL;

echo bcmul(50018850776.210000, '100', 10) . PHP_EOL;
echo bcmul(50018850776.211000, '100', 10) . PHP_EOL;
echo bcmul(50018850776.210100, '100', 10) . PHP_EOL;

結(jié)果是：

<code>77621.00
77621.100
77621.0100
5001885077621.00
5001885077621.100
5001885077621.00 //此處可見(jiàn)精度損失</code>

切勿將數(shù)值型變量傳遞給 BCMath 函數(shù)，只能傳遞表示數(shù)字的字符串值。即使不處理浮點(diǎn)數(shù)，BCMath 也會(huì)輸出奇怪的結(jié)果：

案例 2

echo bcmul('10', 0.0001, 10) . PHP_EOL;
echo bcmul('10', 0.00001, 10) . PHP_EOL;
echo 10*0.00001 . PHP_EOL;

結(jié)果是：

<code>0.0010
0 // 這真的很奇怪?。?！
0.0001</code>

其原因是 BCMath 將其參數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串，并且在某些情況下，數(shù)字的字符串表示形式具有指數(shù)表示法。

案例 3

echo bcmul('10', '1e-4', 10) . PHP_EOL; // 也輸出 0

PHP 是一種弱類(lèi)型語(yǔ)言，在某些情況下，無(wú)法嚴(yán)格控制輸入——希望處理盡可能多的請(qǐng)求。

例如，我們可以通過(guò)應(yīng)用 sprintf 轉(zhuǎn)換來(lái)“修復(fù)”案例 2 和 案例 3：

$val = sprintf("%.10f", '1e-5');
echo bcmul('10', $val, 10) . PHP_EOL;
// 給我們 0.0001000000

但是，應(yīng)用相同的轉(zhuǎn)換會(huì)破壞案例 1 的“正確”行為：

$val = sprintf("%.10f", '50018850776.2100000000');
echo bcmul('10', $val, 10) . PHP_EOL;
echo bcmul('10', 50018850776.2100000000, 10) . PHP_EOL;
500188507762.0999908450 // 錯(cuò)誤
500188507762.10 // 正確

因此，sprintf 解決方案不適用于 BCmath。假設(shè)所有用戶輸入都是字符串，我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證器，捕獲所有指數(shù)表示法的數(shù)字并正確轉(zhuǎn)換它們。此技術(shù)在 php-bignumbers 中已實(shí)現(xiàn)，因此我們可以安全地傳入類(lèi)似 1e-20 和 50018850776.2101 的參數(shù)，而不會(huì)丟失精度。

BCMath 最終指導(dǎo)原則

切勿在 BCMath PHP 擴(kuò)展函數(shù)中將浮點(diǎn)數(shù)用作固定點(diǎn)運(yùn)算參數(shù)。僅使用字符串。

使用 BCMath 擴(kuò)展運(yùn)算時(shí)，請(qǐng)注意指數(shù)表示法的參數(shù)。BCMath 函數(shù)無(wú)法正確處理指數(shù)參數(shù)（例如“1e-8”），因此應(yīng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換它們。注意，不要使用 sprintf 或類(lèi)似的轉(zhuǎn)換技術(shù)，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致精度損失。

可以使用 php-bignumbers 庫(kù)，它可以處理指數(shù)形式的輸入?yún)?shù)，并為用戶提供固定點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)。但是，其性能不如 BCMath 擴(kuò)展，因此它是在健壯的包和性能之間的一種折衷方案。

MySQL 和固定點(diǎn)數(shù)字

在 MySQL 中，固定點(diǎn)數(shù)字使用 DECIMAL 列類(lèi)型處理。您可以閱讀 MySQL 官方文檔了解數(shù)據(jù)類(lèi)型和精確數(shù)學(xué)運(yùn)算。

最有趣的部分是 MySQL 如何處理表達(dá)式：

數(shù)值表達(dá)式的處理取決于表達(dá)式包含的值的類(lèi)型：

如果存在任何近似值，則表達(dá)式為近似值，并使用浮點(diǎn)運(yùn)算進(jìn)行計(jì)算。

如果不存在近似值，則表達(dá)式僅包含精確值。如果任何精確值包含小數(shù)部分（小數(shù)點(diǎn)后的值），則使用 DECIMAL 精確算術(shù)計(jì)算表達(dá)式，精度為 65 位數(shù)字?！熬_”一詞受限于可以在二進(jìn)制中表示的內(nèi)容。例如，1.0/3.0 可以用十進(jìn)制表示法近似為 .333…，但不能寫(xiě)成精確數(shù)字，因此 (1.0/3.0)*3.0 不精確地計(jì)算為 1.0。

否則，表達(dá)式僅包含整數(shù)值。表達(dá)式是精確的，并使用整數(shù)算術(shù)進(jìn)行計(jì)算，精度與 BIGINT 相同（64 位）。

如果數(shù)值表達(dá)式包含任何字符串，則將其轉(zhuǎn)換為雙精度浮點(diǎn)值，表達(dá)式為近似值。

這是一個(gè)簡(jiǎn)短的示例，演示了小數(shù)部分的情況：

echo bcmul(776.210000, '100', 10) . PHP_EOL;
echo bcmul(776.211000, '100', 10) . PHP_EOL;
echo bcmul(776.210100, '100', 10) . PHP_EOL;

echo bcmul(50018850776.210000, '100', 10) . PHP_EOL;
echo bcmul(50018850776.211000, '100', 10) . PHP_EOL;
echo bcmul(50018850776.210100, '100', 10) . PHP_EOL;

這看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但讓我們看看如何在 PHP 中處理它。

PHP 和 MySQL 中的精確數(shù)學(xué)運(yùn)算

因此，現(xiàn)在我們必須將固定點(diǎn)值從 PHP 持久化到 MySQL。正確的方法是在查詢中使用預(yù)處理語(yǔ)句和占位符。然后我們進(jìn)行參數(shù)綁定，一切都是安全可靠的。

<code>77621.00
77621.100
77621.0100
5001885077621.00
5001885077621.100
5001885077621.00 //此處可見(jiàn)精度損失</code>

當(dāng)我們將值綁定到語(yǔ)句占位符時(shí)，我們可以通過(guò) bindValue 的第三個(gè)參數(shù)指定其類(lèi)型。可能的類(lèi)型由常量 PDO::PARAM_BOOL、PDO::PARAM_NULL、PDO::PARAM_INT、PDO::PARAM_STR、PDO::PARAM_LOB 和 PDO::PARAM_STMT 表示。所以問(wèn)題是 PHP PDO 擴(kuò)展沒(méi)有用于綁定的十進(jìn)制參數(shù)類(lèi)型。結(jié)果，查詢中的所有數(shù)學(xué)表達(dá)式都被視為浮點(diǎn)表達(dá)式，而不是固定點(diǎn)表達(dá)式。

如果我們想利用預(yù)處理語(yǔ)句并使用固定點(diǎn)數(shù)字，最好的方法是在 PHP 中執(zhí)行所有數(shù)學(xué)運(yùn)算并將結(jié)果保存到 MySQL。

echo bcmul('10', 0.0001, 10) . PHP_EOL;
echo bcmul('10', 0.00001, 10) . PHP_EOL;
echo 10*0.00001 . PHP_EOL;

結(jié)論

我們得出以下結(jié)論：

• 切勿在 BCMath PHP 擴(kuò)展函數(shù)中將浮點(diǎn)數(shù)用作固定點(diǎn)運(yùn)算參數(shù)。僅使用字符串。
• BCMath 擴(kuò)展不適用于指數(shù)表示法的字符串?dāng)?shù)字。
• MySQL 支持固定點(diǎn)數(shù)字表達(dá)式，但所有操作數(shù)都必須采用十進(jìn)制格式。如果至少有一個(gè)參數(shù)采用指數(shù)格式或字符串格式，則將其視為浮點(diǎn)數(shù)，表達(dá)式將作為浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
• PHP PDO 擴(kuò)展沒(méi)有 Decimal 參數(shù)類(lèi)型，因此，如果您使用預(yù)處理語(yǔ)句并在包含固定點(diǎn)操作數(shù)的 SQL 表達(dá)式中綁定參數(shù)，則不會(huì)獲得精確的結(jié)果。
• 為了在 PHP MySQL 應(yīng)用程序中執(zhí)行精確的數(shù)學(xué)運(yùn)算，您可以選擇兩種方法。第一種方法是在 PHP 中處理所有運(yùn)算，并且只有使用 INSERT 或 UPDATE 語(yǔ)句才能將數(shù)據(jù)持久化到 MySQL。在這種情況下，您可以使用預(yù)處理語(yǔ)句和參數(shù)綁定。第二種方法是手動(dòng)構(gòu)建 SQL 查詢（您仍然可以使用預(yù)處理語(yǔ)句，但必須自行轉(zhuǎn)義參數(shù)），以便所有 SQL 數(shù)學(xué)表達(dá)式都以十進(jìn)制數(shù)表示。

我個(gè)人最喜歡的方法是第一種：在 PHP 中進(jìn)行所有數(shù)學(xué)運(yùn)算。我同意 PHP 和 MySQL 可能不是需要精確數(shù)學(xué)運(yùn)算的應(yīng)用程序的最佳選擇，但是，如果您選擇了這種技術(shù)堆棧，那么了解如何正確處理它是很好的。

(由于篇幅限制，F(xiàn)AQs 部分被省略。如果需要，可以單獨(dú)生成FAQs部分。)

以上是BCMATH，PHP中的固定點(diǎn)數(shù)學(xué)，精確損失案例的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！