เชี่ยวชาญตัวเลข Ruby: Integers, Floats และ BigDecimal

Ruby 2.4 รวม Fixnum และ Bignum เข้าด้วยกันเป็นคลาสเดียว (Integer) ดังนั้นเป็นเวลาที่ดีในการทบทวนประเภทตัวเลขใน Ruby!

นั่นคือเรื่องที่เราจะพูดถึง 🙂

ภาพรวมประเภทตัวเลข

เริ่มจาก class hierarchy ของคลาสเกี่ยวกับตัวเลขทั้งหมดใน Ruby:

Numeric
  Integer
    Fixnum
    Bignum
  Float
  Complex
  Rational
  BigDecimal (Standard Library)

เห็นได้ว่า Numeric เป็น parent ของคลาสตัวเลขทุกตัว จำได้ว่าสามารถใช้ ancestors หา parent classes ของคลาสไหนก็ได้

ตัวอย่าง:

Fixnum.ancestors - Fixnum.included_modules
# [Fixnum, Integer, Numeric, Object, BasicObject]

มา看看ในรูปตาราง:

ความไม่แม่นยำของ Float (Float Imprecision)

คลาส Float ใน Ruby ถูกอธิบายว่า "imprecise" ในเอกสารทางการ

ทำไม?

ตัวอย่าง:

0.2 + 0.1 == 0.3 # false

ทำไมเป็น false?

มาดูผลลัพธ์ของ 0.2 + 0.1:

0.30000000000000004

ตรงนี้! นั่นคือความหมายของ imprecision

เกิดจากวิธีเก็บ float ถ้าต้องการทศนิยมแม่นยำตลอด ใช้ BigDecimal

Float vs BigDecimal

BigDecimal ให้ arbitrary-precision decimal numbers

ตัวอย่าง:

require 'bigdecimal'
BigDecimal("0.2") + BigDecimal("0.1") == 0.3 # true

ทำไมไม่ใช้ BigDecimal ตลอด? เพราะมัน ช้ามาก!

Benchmark:

Calculating -------------------------------------
bigdecimal 21.559k i/100ms
float      79.336k i/100ms
-------------------------------------------------
bigdecimal 311.721k (± 7.4%) i/s - 1.552M
float      3.817M (±11.7%) i/s - 18.803M
Comparison:
float:        3817207.2 i/s
bigdecimal:   311721.2 i/s - 12.25x slower

BigDecimal ช้ากว่า Float 12 เท่า นั่นคือเหตุผลที่มันไม่ใช่ค่าเริ่มต้น 🙂

Fixnum vs Bignum

ในส่วนนี้ ผมอยากสำรวจความต่างระหว่าง Fixnum และ Bignum ก่อน Ruby 2.4

เริ่มจากโค้ด:

1.class # Fixnum
100000000000.class # Bignum

Ruby สร้างคลาสที่ถูกต้องให้อัตโนมัติ และจะ promote Fixnum เป็น Bignum เมื่อจำเป็น

หมายเหตุ: อาจต้องใช้ตัวเลขใหญ่กว่านี้เพื่อให้ได้ Bignum object ถ้าคุณใช้ Ruby interpreter 64-bit

ทำไมต้องมีคลาสต่างกัน? เพราะทำงานกับตัวเลขใหญ่ต้องการ implementation ต่างกัน และช้ากว่า คล้ายกับ Float vs BigDecimal

คุณสมบัติพิเศษของ Fixnum

คลาส Fixnum มีคุณสมบัติพิเศษ เช่น object id คำนวณจากสูตร

1.object_id # 3
20.object_id # 41

สูตรคือ: (number * 2) + 1

แต่มากกว่านั้น ตอนใช้ Fixnum ไม่มี object ถูกสร้างเลย ไม่มี data ที่ต้องเก็บใน Fixnum เพราะค่า derive จาก object id เอง

เป็นแค่ implementation detail แต่น่าสนใจ 🙂

MRI (Matz's Ruby Interpreter) ใช้ macro สองตัวแปลงระหว่าง value และ object id:

INT2FIX(i) ((VALUE)(((SIGNED_VALUE)(i))<<1 | FIXNUM_FLAG))
FIX2LONG(x) ((long)RSHIFT((SIGNED_VALUE)(x),1))

สิ่งที่เกิดขึ้นคือ "bit shifting" ย้ายบิตซ้ายหรือขวา

Shift ซ้ายหนึ่งตำแหน่ง = คูณ 2 นั่นคือเหตุผลสูตรคือ (number * 2) + 1 +1 มาจาก FIXNUM_FLAG

ในทางกลับกัน Bignum ทำงานเหมือนคลาสปกติ ใช้ object ids ปกติ:

111111111111111.object_id # 23885808

ทั้งหมดหมายถึง Fixnum objects ใกล้ symbols ในระดับ interpreter ส่วน Bignum ใกล้ strings

Integers ใน 2.4

ตั้งแต่ Ruby 2.4 Fixnum และ Bignum deprecated แต่เบื้องหลังยังทำงานเหมือนเดิม

Ruby สลับระหว่าง type อัตโนมัติ

โดยไม่เปลี่ยนคลาส

หมายถึง Integer ตัวเล็กยังทำงานเหมือน Fixnum เดิม

สรุป

ในบทความนี้ คุณเรียนรู้คลาสเกี่ยวกับตัวเลขใน Ruby

เรียนรู้ว่า floats ไม่แม่นยำ และใช้ BigDecimal ถ้าความแม่นยำสำคัญกว่า performance ยังเรียนรู้ว่า Fixnum objects พิเศษระดับ interpreter แต Bignum เป็น regular objects

ถ้าชอบบทความนี้ อย่าลืมสมัครรับข่าวสารในฟอร์มด้านล่าง 🙂