PHPで任意精度演算を行って「正しい」金額計算をする方法 / Perform arbitrary precision arithmetic in PHP to achieve "accurate" monetary calculations

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PHPで任意精度演算を行って   「正しい」金額計算をする方法 2023年3月24日 / PHPerKaigi 2023 • Day 1 合同会社テンマド　山岡広幸

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さて、突然ですが

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0.1 + 0.2 = ?? php > var_dump(0.1 + 0.2);

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0.1 + 0.2 ≠ 0.3 php > var_dump(0.1 + 0.2); float(0.30000000000000004) 🤔

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自己紹介 - 山岡広幸 / Twitter: @hiro_y - Webアプリケーションエンジニア - PHPは3から。最近はNode.js多め - 合同会社テンマド代表社員

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- 受託制作・コンサルティング - 各種アドバイザー、各種制作（デザイン・開発） - 例: 株式会社イノベーター・ジャパン社外CTO - 自社サービスの運営 - iruca、mimemoなど 👨💻👨💻👩💻👩💻

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0.1 + 0.2 が 0.3 にならない世界

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我々は PHP 8 の時代を生きているので

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型で考えてみる

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0.1の型？ php > var_dump(0.1); float(0.1) php > var_dump(gettype(0.1)); string(6) "double" 🧐

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マニュアルを見る https://www.php.net/manual/ja/language.types. fl oat.php

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fl oat / double - PHPで、整数は int（integer）という型 - 10進数、16進数、8進数、2進数で指定可能 - 「整数以外」を表現するのに浮動小数点数を使う - fl oat（ただし倍精度）、double - intの上限（PHP_INT_MAX）を超える整数も対象

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浮動小数点数もう少しくわしく

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2進数の世界 - コンピューターは2進数で動いている - 0 or 1（OFF or ON）のバイナリの世界 - 10進数の小数は2進数の世界で表現可能か？ - 0.1（2進数）は2-1（10進数の0.5）   0.01（2進数）は2-2（10進数の0.25）

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翻って、我々の世界 - 10進数で物事を考えている - 部分的に他の基数も使うが、10進数が基本 - 2進数をそのまま扱うのは不便すぎる - 10進数の0.1は2進数で正確に表現できない

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浮動小数点数 - 10進数の実数を有限桁の2進数の近似値で表現 - 浮動小数点（ fl oating-point） - -1 x 0.101010101010101 x 2-1 と   -1 x 1.01010101010101 x 2-2 は同じ   符号、仮数、指数 - 複数フォーマットがある（そのうちの1つがIEEE 754）

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不便すぎるので - 必要な桁数の精度を得るための演算処理を実装 - ただし、コストがかかるので非常に遅くなる… - そのうちの1つの方式が「任意精度演算」 - 多くの環境で実装されている

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ここで体験談

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新卒のころの話 - 新卒研修はCOBOL（その後Java） - 金融系のプロジェクトに配属 - 投資信託／ファンドのパフォーマンス評価 - たくさん小数点計算が必要だった

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計算を何気なく実装 result = value * rate; 😡

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Javaで十進演算するには - java.lang.BigDecimalを使う必要がある - プリミティブな型の fl oatを使ってはいけない - COBOLは10進数を言語でサポート（二進化十進数） - C#ならdecimal、RubyならBigDecimal

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我らがPHPの場合

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言語として任意精度計算の仕組みがない 😵

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だけど大丈夫 https://www.php.net/manual/ja/language.types. fl oat.php

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BC Math 関数 - GNU bc（Basic Calculator）からのfork - https://www.gnu.org/software/bc/ - PHPを「--enable-bcmath」を付けて構築 - 関数: bcadd、bccomp、bcdiv、bcmod、bcmul、 bcpow、bcpowmod、bcscale、bcsqrt、bcsub

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例えば足し算 php > var_dump(bcadd('0.1', '0.2', 1)); string(3) "0.3" php > var_dump(bcadd('0.1', '0.2', 20)); string(22) "0.30000000000000000000"

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GMP 関数 - GNU Multiple Precision Arithmetic Library - https://gmplib.org/ - PHPを「--with-gmp」を付けて構築 - とてもたくさんの数学関数群

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雑なベンチマーク

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高コストな結果 # php test.php float: 0.040148973464966ms bcadd: 0.86464095115662ms 🥺

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注意: 引数は文字列で - BC Math関数に渡す引数は「文字列」で - fl oat表記で渡すとstringにキャストされる - 例: 0.00001 は 1.0E-5 になってしまう - 数値を表す文字列ではないのでエラーになる可能性

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一応、もう一つのやり方 - PHPで整数の計算には誤差が発生しない - つまり、小数も整数に変換した上で計算、   小数に戻せば誤差は発生しない - 複雑になってしまうし、   絶対に間違えるのでオススメできない

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【結論】 BC Math関数を使おう

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ただし - BC Math関数に用意されているのは   基本的な算術関数のみであることに注意 - 例えば、 fl oorやceil、roundのような関数はない - 雑に fl oor関数等に渡すと fl oatに変換されるので   計算誤差が発生する可能性がある

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便利ライブラリ紹介 - Brick\Math - https://github.com/brick/math - GMP関数、BC Math関数、手計算の各実装 - 四捨五入、切り捨て／切り上げが実装されている

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Brick\Math例 $result = BigDecimal::of('2.5') ->multipliedBy(BigInteger::of('2')) ->divideBy('0.3', 3, RoundingMode::HALF_UP);

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さて、余談 // Google Chrome DevTools Console > 0.1 + 0.2 0.30000000000000004

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JavaScriptも同様 - 浮動小数点数、IEEE 754に準ずる - 解決方法: ライブラリを使う - https://github.com/MikeMcl/decimal.js - BigDecimalのプロポーザルあり - https://github.com/tc39/proposal-decimal

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まとめ - 浮動小数点数の扱いには注意が必要 - BC Math関数を使えばOK - 必要に応じてライブラリを利用して楽をしよう - フロントエンド側も配慮が必要