std::to_chars() 最小浮点缓冲区大小答案

【问题标题】：std::to_chars() minimal floating point buffer sizestd::to_chars() 最小浮点缓冲区大小
【发布时间】：2021-09-29 00:28:00
【问题描述】：

给定一个通用整数类型IntType，很容易确定基数为10 的std::to_chars 运算所需的缓冲区类型：

std::array<char, std::numeric_limits<IntType>::digits10 + 1 + std::is_signed<IntType>::value> buf;

由于std::to_chars 不以 NUL 结尾，并且只添加数字（以及可能的前面 '-'，如果有符号），这应该适用于所有内置整数类型。 + 1 是必需的，因为 digits10 for integral types 返回以 10 为底的对数的底数，而不是上限。

这就引出了一个问题：使用每个std::chars_format 值，给定一个通用FloatType 进行无损失转换（写入所有十进制数字）的浮点std::to_chars 调用的最小缓冲区大小是多少？

【问题讨论】：

std::numeric_limits::max_digits10?
@Jarod42 - 不幸的是，这不适用于定点表示法，也不包括由于用科学计数法编写的指数而可以添加的字符数。
那么可能是std::numeric_limits::max_digits10+10。不会错过一些额外的字节。
您只需要足够的位数来保证类型的精度。 to_char 不能比传递给它的类型更精确。
@NicolBolas - 因为具有正指数的固定符号数字没有无关紧要或不相关的数字，这与您使用负指数的示例不同。 max_digits10 使用像 1e38 这样的大值的定点符号将失败。

【解决方案1】：

请注意，所需的最小缓冲区因所需的浮点格式而异。假设不想输出比浮点类型包含的精度更高的精度，使用 max_digits10 和 max_exponent10 始终足以确定以 10 为底的输出所需的最小字符数。

这个问题也不仅仅局限于to_chars。 printf 系列中的 C 标准库函数将具有相同的行为，因此这在 C 中的重要性与在 C++ 中相同。

std::chars_format::scientific 或%e (printf specifier)：
```
template<typename T>
constexpr int log10ceil(T num) {
    return num < 10? 1: 1 + log10ceil(num / 10);
}

std::array<char, 4 + 
                 std::numeric_limits<FloatType>::max_digits10 + 
                 std::max(2, log10ceil(std::numeric_limits<FloatType>::max_exponent10))
          > buf;
```
log10ceil 函数允许 constexpr 评估最大指数中的位数。根据标准，指数中必须至少有 2 位数字，因此针对最小指数宽度进行测试。写入时使用的精度不得大于max_digits10 - 1。使用这种精确的精度将无损转换为字符串表示形式。

添加的 4 个字符包含输出中可能的符号、小数点和 "e+" 或 "e-"。
std::chars_format::fixed 或%f (printf specifier)：
```
std::array<char, 2 + 
                 std::numeric_limits<FloatType>::max_exponent10 +
                 std::numeric_limits<FloatType>::max_digits10
          > buf;
```
同样，使用的精度不得大于max_digits10 - 1。使用这种精确的精度将无损转换为字符串表示形式。

添加 2 个字符以适应输出中可能的符号和小数点。
std::chars_format::general 或%g (printf specifier):

对于general 情况，最小缓冲区始终与scientific 情况相同。但是，使用的精度必须不大于 max_digits10 才能无损转换为字符串表示，而不是如上所述的减一。

请注意，在所有这些示例中，缓冲区正好是最大字符串表示的大小。如果需要 NUL 终止符或其他内容，则必须相应增加大小。

【讨论】：