为啥 Math.min() 从 [+0, 0, -0] 返回 -0

Posted 2023-02-19

【中文标题】为啥 Math.min() 从 [+0, 0, -0] 返回 -0

【英文标题】：Why does Math.min() return -0 from [+0, 0, -0]为什么 Math.min() 从 [+0, 0, -0] 返回 -0

【发布时间】：2022-01-23 18:06:43

【问题描述】：

我知道 (-0 === 0) 是真的。我很想知道为什么会发生 -0

当我在 *** 执行上下文中运行此代码时，它返回 0。

const arr = [+0, 0, -0];
console.log(Math.min(...arr));

但是当我在浏览器控制台中运行相同的代码时，它返回-0。这是为什么？我试图在谷歌上搜索它，但没有找到任何有用的东西。这个问题可能不会对某个实际示例增加价值，我想了解 JS 是如何计算它的。

 const arr = [+0, 0, -0];
    console.log(Math.min(...arr)); // -0

【问题讨论】：

有趣，可以在 Chrome 上重现。同样Math.min(0, -0) 和Math.min(-0, 0) 都返回-0，所以Math.min 确实区分了这些

“当我在 *** 执行上下文中运行此代码时，它返回 0。” - 如果您同时检查浏览器控制台，您将看到 @987654330 @。 Stackverflows 在这些 sn-ps 中的“自己的”控制台的行为与真正的控制台有些不同。如果你也记录arr，那么在 SO 控制台中会给出[0, 0, 0]，在本机浏览器控制台中会给出[0, 0, -0]。

还有其他例外，Object.is(-0, +0); -> false 和 1/0 === Infinity -> true 而1/-0 === -Infinity -> true。

@Pointy 答案也可能在“IEEE 754 2019, §5.10”中，它定义了比较操作和 totalOrder ......不幸的是，这个规范在付费墙后面

@JonasWilms Here you go。第 69 页，第 9.6 节，“-0 比较小于 +0”。

【参考方案1】：

这个答案的重点是解释为什么让Math.min 完全可交换的语言设计选择是有意义的。

我很想知道为什么会发生 -0

其实不然； < 是一个独立于“最小值”的操作，Math.min 不像 b<a ? b : a 那样完全基于 IEEE < 比较。

那将是不可交换的。 NaN 以及有符号零。 （如果任一操作数为 NaN，< 为 false，因此将产生 a）。 就最小意外原则而言，如果 Math.min(-1,NaN) 是 NaN 而 Math.min(NaN, -1) 是 -1，至少会同样令人惊讶（如果不是更多的话）。

JS 语言设计者希望 Math.min 是 NaN 传播的，因此仅仅基于 < 是不可能的。 他们选择使其完全可交换，包括有符号零，这似乎是一个明智的决定。

OTOH，大多数代码并不关心有符号零，因此这种语言设计选择会为每个人带来一些性能损失，以迎合人们想要定义良好的有符号零语义的极少数情况。

如果您想要一个忽略数组中 NaN 的简单操作，请使用 current_min = x < current_min ? x : current_min 进行迭代。这将忽略所有的 NaN，也忽略 -0 的 current_min <= +0.0（IEEE 比较）。或者如果current_min 以 NaN 开头，它将保持 NaN。其中许多事情对于 Math.min 函数来说是不可取的，所以它不能那样工作。

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如果比较其他语言，C standard fmin function 是可交换的。 NaN（如果有，则返回非 NaN，与 JS 相反），但不需要是可交换的。签名为零。一些 C 实现选择像 JS 一样工作，用于 +-0.0 用于 fmin / fmax。

但C++ std::min 是纯粹根据< 操作定义的，所以它确实以这种方式工作。 （它旨在通用地工作，包括像字符串这样的非数字类型；与std::fmin 不同，它没有任何特定于 FP 的规则。）请参阅What is the instruction that gives branchless FP min and max on x86? re：x86 的 minps 指令和 C++ std::min两者都是不可交换的。 NaN 和带符号的零。

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IEEE 754 < 不会为您提供不同 FP 编号的总顺序。 Math.min 除了 NaN 之外（例如，如果你用它和 Math.max 构建了一个排序网络。）它的顺序与 Math.max 不一致：如果有一个，它们都返回 NaN，所以使用最小/最大比较器的排序网络会如果输入数组中有任何 NaN，则生成所有 NaN。

如果没有像 == 这样的东西来查看它返回了哪个 arg，单独使用Math.min 是不够的，但是对于有符号零和 NaN 来说，这会分解。

【讨论】：

您可以使用Object.is 而不是== 与有符号零和NaN 进行比较。

@Bergi：谢谢。我假设Object.is 认为两个具有不同有效负载的 NaN 不相等，比如 C memcmp 会？ （即不同的尾数，和/或不同的符号位；IEEE 754 在 double 的 +-NaN 上分别花费 2^53-1 编码，而不是逐渐上溢或类似的事情，只有逐渐下溢。）

不，在 JS 中只有一个 NaN 值没有有效负载，或者 as the spec puts it：“对于 ECMAScript 代码，所有 NaN 值彼此无法区分。"

...一般情况下 ECMAScript 中没有内存 ...规范生活在远离计算机和电路的世界中...

@PeterCordes 我的观点是，如果不考虑实际的内存表示或运行时实现，阅读规范会更容易、更直观。事实上there is also no mantissa（嗯，有 m 来描述数字是如何标准化的）以及数字的存储方式完全是特定于实现的。

【参考方案2】：

-0 不小于0 或+0，-0 < 0 和-0 < +0 都返回False，您将Math.min 的行为与-0 与@ 的比较混合在一起987654333@/+0.

specification of Math.min 在这一点上很清楚：

b.如果数字为-0?，最低为+0?，则将最低设置为-0?。

没有这个例外，Math.min 和 Math.max 的行为将取决于参数的顺序，这可以被认为是一种奇怪的行为——你可能希望 Math.min(x, y) 总是等于 Math.min(y, x)——所以这可能是一种可能的理由。

注意：此异常已存在于 Math.min(x, y) 的 1997 specification 中，因此这不是后来添加的内容。

【讨论】：

我同意，但这有点奇怪，Math.min() 的语义与< 运算符的语义不同。我会说这绝对违反了最小意外原则。

这对我来说似乎并不奇怪，0 是唯一一个 - 和 + 值相等的值，所以

@pilchard 说得好，最好确保Math.min(x, y) 始终等于Math.min(y, x)，这样您就不必担心参数的顺序。

至于为什么一直是这样实现并在ES1中得到指定：因为Java has the same behaviour，而Math对象基本上取自Java。

@Pointy：如果你有一个只定义为a<b ? a : b 的 min 函数，它也不会可靠地传播 NaN。这也是为什么 C fmin 和 JS Math.min 没有这样定义的另一个原因。 （但 C++ std::min 和 x86 minps 一样基于 < - 有关它们不可交换的详细信息，请参阅 What is the instruction that gives branchless FP min and max on x86?。）

【参考方案3】：

该规范奇怪地相互矛盾。 < 比较规则明确表示-0 不小于+0。但是，Math.min() 的规范却相反：如果当前（在迭代参数时）值为-0，并且到目前为止的最小值是+0，那么最小值应该设置为-0 .

我希望有人激活 T.J.这一个的 Crowder 信号。

edit — 在一些 cmets 中建议，该行为的一个可能原因是可以检测到 -0 值，即使对于正常表达式中的几乎所有目的，@987654331 @ 被视为普通的0。

【讨论】：

虽然极端迂腐，但我认为这并不矛盾。如果 a = Math.min(a, b)，则 a 不为真。 a 是真的。此外，可能希望 Math.min(a,b) = Math.min(b,a)。在这种情况下，Math.min() 必须为 a == b 的不同对象 a、b 选择排序。此排序不需要包含小于运算符。

@PresidentJamesK.Polk 是的，总统先生，我刚刚在答案中添加了注释。在某些情况下，找到-0 的能力可能很有价值，如果这些其他机制不提供这种能力，关系运算符的语义会使这变得困难。 （当然，检查Math.min() 是否返回了-0 本身就是一个难题，但显然至少可以做到。）

（将我的评论复制到此处以供将来的读者阅读）如果您有一个仅定义为 a<b ? a : b 的 min 函数，它也不会可靠地传播 NaN。这就是为什么 C fmin 和 JS Math.min 不是这样定义的另一个原因。 （但另请参阅What is the instruction that gives branchless FP min and max on x86? re: x86 minps 和 C++ std::min 是仅基于单个 < 操作，因此它们是不可交换的 wrt. NaN 并签名为零.) IEEE 754 < 不会为您提供具有不同位模式的所有 FP 编号的总顺序。 Math.min 也没有。

如果您想要一个按照您描述的方式工作的简单操作，仅在 < 比较为真时更新您的 current_min，请使用 current_min = x < current_min ? x : current_min。这将忽略所有 NaN，也忽略 -0 for current_min >= 0。如果 current_min 开始为 NaN，它将保持 NaN。其中许多事情对于 Math.min 函数来说是不可取的，所以它不能那样工作。可交换的。 +-0 似乎是一个明智的决定，特别是因为我们已经希望它是 NaN 传播的，因此不等同于 a<b ? a : b

（更正我之前的内容；C fmin 和 fmax avoid 传播 NaN，如果有的话，总是返回非 NaN。）

【参考方案4】：

这是Math.min、as specified的特长：

21.3.2.25 Math.min ( ...args )

[...]

对于每个元素的强制编号，做

一个。如果 number 为 NaN，则返回 NaN。

b.如果数字为 -0?，最低为 +0?，则将最低设置为 -0?。

c。如果 number

返回最低值。

请注意，在大多数情况下，+0 和 -0 被同等对待，在 ToString 转换中也是如此，因此 (-0).toString() 的计算结果为 "0"。您可以在浏览器控制台中观察到差异是浏览器的实现细节。

【讨论】：

等等，什么？ JS ToString 是有损的并且隐藏了零的符号？？嗯……

@R..GitHubSTOPHELPINGICE yup，尽管通常这样的字符串会显示给人类，而人类（很可能）不知道“负零”的存在。无论如何，信息都会丢失；）

@R..GitHubSTOPHELPINGICE 如果字符串值相等，你将如何区分代码中的 -0 和 0？

@leo848 Object.is(-0, theValue) ... 大多数其他比较（包括===）将它们视为平等。