(C#) 我应该在计算中防范 Infinity/-Infinity 吗？ IE。抛出溢出异常？

Posted 2023-02-22

【中文标题】(C#) 我应该在计算中防范 Infinity/-Infinity 吗？ IE。抛出溢出异常？

【英文标题】：(C#) Should I Guard Against Infinity/-Infinity in my calculations? I.e. Throw an Overflow Exception?

【发布时间】：2020-05-17 19:39:35

【问题描述】：

在 C# 中寻找有关 Infinity/-Infinity 的建议。

我目前正在构建几何类，用于矩形/圆形等形状。 用户将分别提供宽度/深度和直径的输入。

这些属性将是double，我理解不是显式地溢出，如果你将double.MaxValue 乘以2，那么你会得到+infinity 等。

每个形状类都有额外的属性，例如面积、周长等。 因此，即使提供的维度小于 MaxValue，如果用户愿意，计算值也有可能是一个巨大的数字：

例如Math.PI x Math.Pow(diameter, 2) / 4 => Math.PI x Math.Pow(double.MaxValue, 2) / 4

（即，即使用户提供 MaxValue 作为输入，此方法也会导致 +infinity。）

我的问题是我是否应该一直防范无穷大？ 如果用户值或计算值输入无穷大，我应该抛出异常（OverflowException）吗？

看起来它可能是一种代码气味来检查这些几何类中每个属性/方法的无穷大... 有没有更好的办法？

public double Area

    get
    
        double value = Math.PI * Math.Pow(this.diameter, 2) / 4;
        if (double.IsInfinity(value)
        
            throw new OverflowException("Area has overflowed.");
        
    


public double Perimeter

    get
    
        double value = Math.PI * this.diameter;
        if (double.IsInfinity(value)
        
            throw new OverflowException("Perimeter has overflowed.");
        
    

感谢您的时间和想法！ 干杯。

【问题讨论】：

@PavelAnikhouski 这与浮点运算无关，除了转换为整数类型。

嗨@PavelAnikhouski，感谢您的评论！我的理解是选中和未选中仅适用于 int 类型？而 double/float overflow 到无穷大？我误会了吗？

【参考方案1】：

每个形状类都将具有额外的属性，例如面积、周长等。因此，即使提供的尺寸小于 MaxValue，如果用户如此倾向于计算的值也有可能是一个巨大的数字

double max 是1.7976931348623157E+308，担心用户输入一些达到该限制的几何数据是没有意义的。简单地归还无穷大，它可能永远不会发生。换个角度来看，以微米为单位的 Proxima Centauri 的距离大约是 4,014 × 10^22，所以您会注意到担心这是多么浪费时间。

为了至少给用户一个合理的选择，你可以让他定义你的几何环境中的一个单位代表什么；一微米、毫米、米、千米、光年、秒差距等，因此他将始终将事物保持在合理的范围内。

【讨论】：

感谢@InBetween，您的论点很有道理。我可以看到我可能什么都不担心，但我担心如果有人真的想破坏应用程序，那么他们可以（即使普通用户对此不感兴趣）。我从防御性编码的角度来看待这个问题，但风险是如此之低，我想它甚至不值得强调。干杯

【参考方案2】：

从概念上讲，您遇到了设计问题。导致无限区域的值会导致您的形状处于无效状态。

例如，假设所讨论的形状是圆形。传入的任何导致Area > double.MaxValue 的值都是无效状态。换句话说，diameter 的任何值 Math.PI * Math.Pow(diamater, 2) > double.MaxValue 都是无效的。

求解double.MaxValue = Math.PI * Math.Pow(diamater, 2) 为diameter（它是1.5129091144565236E+154，欢迎您验证我的数学），并在您的构造函数中检查它，

private const double MaxDiameter = 1.5129091144565236E+154;
Circle(double diameter) 

    if (diameter > MaxDiameter) 
    
        throw ArgumentOutOfRangeException(); 
    

--

以上可能都不重要

在实践中，请考虑以下事项。已知宇宙的直径约为 30 gigaparsecs，转换为普朗克长度（我能想到的最小距离单位）约为 5.7e61，即远，远低于double.MaxValue。

我不担心您的属性中的双重溢出。设计你的形状是明智的，所以它使用你定义的单位类型，所以你总是知道你正在使用什么单位。

public Circle(Meters diamater)
public Rectangle(Meters width, Meters height)

【讨论】：

谢谢@jdphenix，我完全同意你的逻辑。我确实想知道我是否是在用鼹鼠山造山！哈哈，我想我只是担心有人会仅仅为了它而尝试破坏应用程序。但我猜他们只会打破自己的流程，所以不值得强调。感谢您的贡献，非常感谢！我唯一的后续问题是您会将哪种字段/属性与专用 Meters 类型相关联？我认为它只包含一个长度属性？干杯

MetersSquared 和 MetersCubed 对于适当的属性，我想。我认为硬核这样的维度数量可能很好。我怀疑你没有做 n 维几何 :)

【参考方案3】：

对无限值抛出异常是一种设计选择

IMO，对此没有“好的答案”，这取决于您希望如何使用您的课程。例如，如果目标是绘图，那么防止大值可能是有意义的。

对于计算和比较，我不会确定。为 IEEE 标准浮点值定义的 Inf 和 -Inf（和 NaN）值是一致的。该课程的用户知道您正在使用double，因此，可以期待与他们一起使用的所有功能。

哪个形状的面积最大，一个边长为 10 个单位的正方形，还是一个你认为它是无限大的圆形？答案是一致的，因为Inf > 100 是true。

如果你打算失败，早点失败

如果你决定走（合理的）异常路径，我建议尽早失败。

这意味着，不要在吸气剂中计算面积/周长，而是尽快计算面积和周长（如果您的类是不可变的，则在构造函数中，或者在相关其他属性（如直径/长度等）的设置器中。 .) 并检查当时的任何无限值。

此外，还要检查 NaNs 的值。

class Circle

    public Circle(double diameter) 
    
        if (double.IsInfinity(diameter) || double.IsNaN(diameter))
        
            throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(diameter));
        
        Diameter = diameter;

        Perimeter = Math.PI * diameter;
        if (double.IsInfinity(Perimeter))
        
            throw new OverflowException("Perimeter has overflowed.");
        
    

    double Diameter  get; 
    double Perimeter  get;