`x!=x` 是测试 NaN 的可移植方法吗？

Posted 2023-03-11

【中文标题】`x!=x` 是测试 NaN 的可移植方法吗？

【英文标题】：Is `x!=x` a portable way to test for NaN?

【发布时间】：2016-02-28 17:40:24

【问题描述】：

在 C 语言中，您可以使用 isnan(x) 测试是否为双精度值。但是网上很多地方，例如这个SO answer 说你可以简单地使用x!=x 来代替。

在任何 C 规范中，x!=x 是保证测试 x 是否为 NaN 的方法吗？我自己找不到它，我希望我的代码可以与不同的编译器一起使用。

【问题讨论】：

你还在努力寻找优化isnan()的方法吗？您是否真的对您的应用程序进行了基准测试并发现这是瓶颈？

【参考方案1】：

NaN 作为唯一值 x 和属性 x!=x 是 IEEE 754 保证。在 C 中识别 NaN 是否是一个忠实的测试，归结为变量的表示和操作在您打算使用的编译器中映射到 IEEE 754 格式和操作的紧密程度。

您应该特别担心“超精度”以及编译器处理它的方式。当 FPU 仅方便地支持比编译器希望用于 float 和 double 类型的更广泛格式的计算时，会发生超精度。在这种情况下，可以以更广泛的精度进行计算，并在编译器以不可预知的方式感觉时四舍五入到类型的精度。

C99 标准定义了一种处理这种过度精度的方法，该方法保留了只有 NaN 与自身不同的属性，但在 1999 年之后的很长一段时间内（甚至现在编译器的作者都不关心），存在过度精度如果编译器选择在计算第一个 x 和第二个x。

report 描述了编译器的黑暗时期，他们没有努力实现 C99（可能是因为当时还不是 1999 年，或者是因为他们不够关心）。

2008 post 描述了 GCC 如何在 2008 年开始实施 C99 标准以实现超精度。在此之前，GCC 可以提供上述报告中描述的所有惊喜。

当然，如果目标平台根本没有实现 IEEE 754，那么 NaN 值甚至可能不存在，或者存在并且具有与 IEEE 754 指定的属性不同的属性。常见的情况是编译器非常忠实地实现了 IEEE 754将 FLT_EVAL_METHOD 设置为 0、1 或 2（所有这些都保证 x != x iff x 是 NaN），或具有超精度的非标准实现的编译器，其中 x != x 不是对 NaN 的可靠测试.

【讨论】：

我认为你的最后一点是关键。 x != x 适用于 IEEE 754 浮点，但 IEEE 754 不是强制性的。甚至NaN 本身的存在也无法保证。

isnan(x) 是否真的准确地告诉您，x 在x != x 不能用于相同目的的那些平台上是否为 NaN？我想象一个编译器生成两个不同的代码来计算x；一个用于isnan(x) 调用，一个用于您在该条件内使用它的任何内容。

换句话说，是否有一个程序使用以下函数f 导致f 在使用这样的编译器构建然后运行时打印出“0 is NaN”？ void f(double x) if (x != x) printf("%f is NaN\n");

【参考方案2】：

请参考C标准的规范部分Annex F: IEC 60559 floating-point arithmetic：

F.1 简介

定义__STDC_IEC_559__ 的实现应符合本附件中的规范。

未定义 __STDC_IEC_559__ 的实现不需要符合这些规范。

F.9.3 关系运算符

如果x 是NaN，则表达式x ≠ x 为真。

如果X 是Nan，则表达式x = x 为假。

F.3 运算符和函数

<math.h> 中的 isnan 宏提供了 IEC 60559 附录中推荐的 isnan 函数。

【讨论】：

实现是否真的定义了__STDC_IEC_559__，还是像C++ 版本一样，编译器不想声称兼容？

@Adam，有效的问题！ gcc 5.2.1 20151028 确实定义了它，clang 3.5.2-3 没有。对于 x86_64-pc-linux-gnu 目标，即。

@Adam 根据我的经验，C 编译器可能会通过定义他们在实践中不尊重的符号来声明，例如 clang -std=c99 -mno-sse2 声称 FLT_EVAL_METHOD 是零，但实际上它不是这样计算的.我没想到检查它是否定义了__STDC_IEC_559__:***.com/questions/17663780/…