简单快速的浮点数转字符串算法，适合单片机环境

news2025/5/11 2:59:44

目的是在OLED 屏幕上显示浮点数，有几个设计要求：

我已经有一个现成的能显示整数的函数，希望尽量复用；
尽量不使用除法；
不需要考虑小数四舍五入的问题；

我觉得小数四舍五入其实很多时候没什么用处，1.999 显示成1.99 或者2.00，没什么差别，两个结果只差0.01。去掉四舍五入，简化代码逻辑的收益更大。

思路

既然能复用显示整数的代码，那么最简单的思路就是把浮点的整数和小数部分分别转换成整数，打印的时候中间加个小数点就好了，只有一个小问题。比如，要把 3.03 转换成两个整数，整数部分 = 3，没问题；小数部分是 03，如果按整数打印，左侧的0 就没了，整体打印出来变成3.3。

好在我的整数显示函数功能还比较齐全，可以设置数字右对齐，并且左侧补0。那么只需要在打印小数部分时，设置数字右对齐，且数字长度等于小数精度。比如，打印 3.03，保留两位小数；打印 03 的时候，数字长度设置为2，右对齐，小数部分3 会被放在右边，左侧补上一个0，就变成3.03 了。

这个办法没有引入什么额外的运算逻辑，只用了整数函数现有的功能，而且右对齐逻辑也挺简单的。

至于分离出整数的办法，如果精度设置为2，即保留两位小数；那就让小数部分乘100，然后转换成整数。比如3.333，给0.333 * 100 == 33.3，转成整数就是33。这样就不需要除法，只需要一次浮点乘法，以及分别对整数和小数部分做一次整数转换。感觉已经很难再想出更简洁高效的方法了。

实现

简单起见，不把整套单片机程序搬过来，只验证这个浮点函数；字符串打印到控制台，用cout 替代整数显示函数，printf 好像不能设置右对齐并用0 填充，所以就用cout 了。


#include <iostream>
#include <iomanip>

#include <math.h>
#include <stdint.h>


// 整数函数能打印的最大数值
#define NUMBER_MAX (int32_t)(((uint32_t)(0) - 1) << 1 >> 1)

/**
 * @brief 打印浮点
 *
 * @param f
 * @param precision  保留几位小数
 */
void put_float(float f, uint8_t precision) {
    using namespace std;
    if (isnan(f)) {
        // 实际单片机程序里不需要加这个换行符
        cout << "NAN" << endl;
        return;
    }

    if (isinf(f)) {
        cout << "INF" << endl;
        return;
    }

    if (abs(f) > ((float)(NUMBER_MAX))) {
        // 如果浮点数太大，显示溢出OVF
        cout << "OVF" << endl;
        return;
    }
    
    // 根据选择的精度，计算要乘的因数
    uint32_t multiply_factor = 1;
    switch(precision) {
        case 0:
            precision = 1;
        case 1:
            multiply_factor = 10;
            break;
        case 2:
            multiply_factor = 100;
            break;
        case 3:
            multiply_factor = 1000;
            break;
        default:
            for (uint8_t i = precision; i > 0; --i) {
                multiply_factor *= 10;
            } 
    }
    
    uint32_t left_part = (uint32_t)(f); // 整数部分
    f -= left_part;
    f *= multiply_factor;
    uint32_t right_part = (uint32_t)(f); // 小数部分
    
    cout << left_part << '.';
    // 小数点右边
    // 打印整数时默认会忽略前导零，而小数的前导零不能忽略
    // 临时设置数字格式为右对齐，长度为精度，
    // 再把填充字符设为'0'，把前导零补上
    cout << right << setfill('0') << setw(precision);
    cout << right_part << endl;
}


int main() {
    using namespace std;
    cout << "Float = " << 33.0 + 0.1 / 3 << endl;
    put_float(33.0 + 0.1 / 3, 4);

    return 0;
}

主程序里设置输出精度是4，也就是保留4 位小数，输出结果：

Float = 33.0333
33.0333

put_float和cout 转换的结果一致。现在这个函数还有一个小问题，如果设置了整数按左对齐，小数部分就可能跟整数部分中间分开，比如：

int main() {
    using namespace std;
    cout << "Float = " << 33.0 + 0.1 / 3 << endl;
    cout << left << setw(5);
    put_float(33.0 + 0.1 / 3, 4);

    return 0;
}