Cuando representas cualquier Número de punto flotante con doble precisión IEEE754 internamente se tiene algo como:
0111 1111 1111 2222
2222 2222 2222 2222
2222 2222 2222 2222
2222 2222 2222 2222
Donde (0) es bit de signo (0=positivo, 1=negativo), (1) los bits de exponente, y (2) los bits de matisa.
Si en JavaScript comparas 0.5 == 5 * 0.1
vas a obtener true
incluso cuando esa operación tiene la imprecisión característica de los puntos flotantes (es decir: algo de error vas a tener). Muchos lenguajes (JavaScript entre ellos) toleran un cierto error en el último bit de una comparación en la mantisa (claro, a mismo exponente y mismo signo).
Lo normal es que el esquema de punto flotante guarda el exponente como un número entre 1024 y -1023 (o al menos así debe entenderse), mientras que la mantisa debe entenderse como un número entre 0 y 0.111111... para dar un número como 0.1b * 2 ^ 12
lo que equivale a calcular 0.5 * 4096
en base decimal. La mantisa, en este sentido, siempre va a ser menor a 1 y se va a guardar de tal forma que el primer dígito (en base binaria) es un 1. Para que esto ocurra, se hace un proceso llamado normalización en el cual corremos el exponente tantos números necesarios como "comas" queramos mover en el número hasta poder armar una mantisa cuyo primer dígito fraccionario en binario sea un 1 (lo cual algunas veces no se puede hacer, y se refleja eso viendo que el exponente, en binario, es 000 0000 0000
y no se puede "bajar" más). En este sentido, siempre que el exponente no sea 000 0000 0000
el número se habrá normalizado para que la mantisa empiece con 0.1
(binario) y, en este sentido, es redundante (ineficiente) almacenar ese 1 (el 0 antes del punto nunca se almacena). Por lo tanto, nuestra mantisa siempre nos permitirá guardar en dígito más y, por esto, podemos llegar a representar 2^53 exactamente (en lugar de 2^52 por tener 52 dígitos en la mantisa).
Veamos ahora que el número 0xFF... tiene 13 letras F o, en binario, 52 bits de longitud. Así nomás se nos ocurre que el número podría guardarse como (positivo)(+52)(1111... 52 "unos") pero en realidad por este "corrimiento" del 1 que viene "implícito", el primer 1 no se guarda. El número pasa a guardarse como (haciendo el corrimiento para el exponente en binario, por supuesto):
0100 0011 0010 1111
1111 1111 1111 1111
1111 1111 1111 1111
1111 1111 1111 1110
(el exponente 1075 es, en realidad, el 52, pero sumado el límite para los exponentes negativos, que es 1023)
El otro número es un uno seguido de 52 ceros. Normalmente sería: (positivo)(+53)(10000... en total 51 "ceros"). Nuevamente como la mantisa empieza con 0.1
(porque podemos normalizar estos números) nos ahorramos el primer uno.
0100 0011 0100 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
(el exponente 1076 en realidad es 53, por el mismo motivo)
Ahora hay que comparar los números en igualdad de condiciones. Primero nos aseguramos de que, de hecho, el signo y el exponente sean el mismo. La ALU directamente hace esto, corriendo al mismo tiempo índices y mantisas. Luego, compara las mantisas y ve si son iguales.
Entonces la mantisa de 100000... y 011111... (con los respectivos unos implicitos) van a "parecerse" y tener ese pequeño "epsilon" de diferencia, por lo que van a poder compararse como iguales.
Nota acerca de la mantisa y la representación en punto flotante: Conceptualmente la mantisa es siempre menor a 1. Si se quiere representar un número mayor, se debe concebir usando exponentes. Ejemplos:
- 0.5 se representa como
0.5 * 2 ^ 0
(considerando el orden correcto de precedencia de los operadores en matemáticas).
- 1 no se representa como
1 * 2 ^ 0
ya que la mantisa es estrictamente menor a 1, por lo que debe representarse como 0.5 * 2 ^ 1
.
- 65, que en representación binaria es 1000001, será guardado como
(65/128) * 2 ^ 7
.
Estos números se representarán de la siguiente manera (se debe recordar: como los números son normalizables, el primer "1" es implícito):
0011 1111 1111 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
(el exponente 1023 corresponde a 0, con una mantisa con valor 0.1 siendo el 1 implícito).
0100 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
(el exponente 1024 corresponde a 1, con una mantisa con valor 0.1 siendo el primer 1 implícito).
y
0100 0000 0110 0000
0100 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
(el exponente 1030 corresponde a 7, con una mantisa que en binario se expresaría 0.1000001, y como el primer 1 es implícito, se guarda como 0000 0100 0000...)
Nota Acerca de los exponentes: Una precisión de más posiciones decimales puede lograrse usando exponentes negativos (entre -1 y -1023): Los exponentes pueden verse como si fueran números positivos, pero en realidad tienen un "desplazamiento" (llamado bias, originalmente) de 1023 (esto quiere decir que el exponente que parece 000 0000 0001
en realidad corresponde a 2^(-1022)). Traduciendolo a potencias en base 10, el menor exponente posible es -308 (considerando también dónde queda la mantisa, porque el número es uno no normalizado). El menor número positivo resulta ser:
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0001
que es: (1 * 2^-52) * 2^-1023
dado el -52 por la mantisa (que recien tiene un 1 al final) y el -1023 por el exponente. El último uno resulta en la posición: 1 * 2^(-1075), que se aproxima al dichoso 10 ^ -308
.
El exponente más bajo es 000 0000 0000
correspondiente a (-1023). Sin embargo en este valor las mantisas no tienen implícito el primer 1. Por otro lado, aunque el exponente más grande se puede representar como 111 1111 1111
, en realidad no se usa como exponente sino para representar pseudonúmeros de punto flotante comunes:
0111 1111 1111 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
corresponde a +Infinity, mientras:
1111 1111 1111 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
corresesponde a -Infinity, y cualquier patrón con una mantisa distinta de 0, como:
?111 1111 1111 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0000
0000 0000 0000 0001
corresponde to NaN (not a number; representación ideal para resultados que no pueden dar números, como log(-1)
o 0/0
). El primer bit (el de signo) es irrelevante en estos casos.