如何在 C++ 中检查无限和不确定的值？

Posted 2023-03-11

【中文标题】如何在 C++ 中检查无限和不确定的值？

【英文标题】：How do you check for infinite and indeterminate values in C++?

【发布时间】：2010-09-29 11:29:18

【问题描述】：

在我的程序中，当一个值被零除时，通常会出现无穷大。当我将零除以零时，我变得不确定。

在 C++ 中，无穷大由 1.#INF 表示。不确定由 -1.#IND 表示。问题是如何测试一个变量是无限的还是不确定的。检查无穷大相对简单：您可以在特定的 C++ 中找到无穷大定义。对于我的情况（VS2003），它是 std::numeric_limits::infinity()。您必须包含“限制”才能使用它。您可以将此无限值分配给变量，然后将其与某个值进行比较，以检查该值是否为无限。

Indeterminate 有点棘手，因为您无法将不确定的值与其他值进行比较。任何比较都返回 false。您可以使用此属性通过将其与自身进行比较来检测不确定的值。假设您有一个名为 aVal 的双变量。在正常情况下，aVal != aVal 返回 false。但如果值不确定，aIndVal != aIndVal 返回真。无限值不存在这种奇怪的情况，即 aInfVal != aInfVal 总是返回 false。

这里有两个函数可用于检查不确定值和无限值：

#include "limits.h"
#include "math.h"

bool isIndeterminate(const double pV)

    return (pV != pV);
 

bool isInfinite(const double pV)

    return (fabs(pV) == std::numeric_limits::infinity())

这些检查有没有更好的方法，我有什么遗漏吗？

【问题讨论】：

这是一个page，它解释了如何测试无穷大等。查看函数 isNumber 和 isFiniteNumber。

如何更好？一个使用标准库来获得一个正确的表示进行比较，另一个使用语言保证的属性（与自身比较产生错误）。这两个函数都简单易读。没有比这更好的了，不是吗？

确实如此。这两个功能是我的初步想法，想知道我是否遗漏了什么。但我想他们还好。

“indeterminate”并不是你想的那个意思，它是用来描述未初始化变量和悬空指针的内容。 0.0 / 0.0 的结果是 NaN，而不是“不确定”。

【参考方案1】：

对于 Visual Studio，我会使用 _isnan 和 _finite，或者可能是 _fpclass。

但如果您可以访问支持 C++11 的标准库和编译器，则可以使用 std::isnan 和 std::isinf。

【讨论】：

虽然这肯定是一种解决方案，但不应将其标记为答案。它是非常特定于平台的，几乎在所有情况下都应该避免。尤其是现在 C++11 的 std::isinf 和家族出现了。但即使你有一个旧的编译器，我也不会使用这个仅限 Microsoft 的解决方案。

还有std::isfinite。

【参考方案2】：

虽然 C++03 不提供 C99 的 isnan 和 isinf宏，但 C++11 将它们标准化为 functions。如果您可以使用 C++11 而不是严格的 C++03，那么这些将是更简洁的选择，避免使用宏、compiler built-ins 和平台相关函数。

C++11 的std::isfinite 为除inf 和nan 之外的所有值返回true；所以!isfinite 应该一次性检查无限和不确定的值。

【讨论】：

如果你没有 C++11，Boost.Math 有实现。 boost.org/doc/libs/1_54_0/libs/math/doc/html/math_toolkit/…

从@legends2k 发布的链接看来，!std::isnormal() 是最好的测试。

您的意思是写std::isfinite？ !isnormal 将返回 true 即使是 0，这不是 OP 想要的 - 应该只为 inf 和 nan 值返回 true，所以 !isfinite 会这样做。

【参考方案3】：

虽然严格来说不是 C++03 的一部分，但如果您的编译器提供了标准 头文件的一些新 C99 功能，那么您可以访问以下“类函数宏”： isfinite、isinf、isnan。如果是这样，这些将是执行这些检查的最简单和最安全的方法。

【参考方案4】：

您也可以将它们用作严格的仅限 C++ 的解决方案。除了通过使用类型特征来增加安全性之外，它们并没有真正提供比 OP 的解决方案更多的东西，而且在 is_inf 的情况下可能是最小的速度提升。

template <bool> struct static_assert;
template <> struct static_assert<true>  ;

template<typename T>
inline bool is_NaN(T const& x) 
    static_cast<void>(sizeof(static_assert<std::numeric_limits<T>::has_quiet_NaN>));
    return std::numeric_limits<T>::has_quiet_NaN and (x != x);


template <typename T>
inline bool is_inf(T const& x) 
    static_cast<void>(sizeof(static_assert<std::numeric_limits<T>::has_infinity>));
    return x == std::numeric_limits<T>::infinity() or x == -std::numeric_limits<T>::infinity();

（谨防自制static_assert）

【讨论】：

据我所知，您还应该将 ::is_iec559 放入静态断言中，因为 x!=x 仅在您的实现实现 ieee754 标准 ***.com/questions/332705/… 时才有效（但我对此不确定。如果您知道更多，请发表评论）

好问题。我不知道。请随意更改我的答案。特别是，我不知道可以选择哪些替代实现以及它们为 NaN 值提供的规则/保证。

【参考方案5】：

有来自 C99 或 POSIX 或我认为的 isfinite。

一种骇人听闻的方法是测试x-x == 0；如果x 是无限或NaN，则x-x 是NaN，因此比较失败，而如果x 是有限的，则x-x 是0，并且比较成功。不过，我建议使用isfinite，或者将此测试打包成一个函数/宏，称为isfinite，这样你就可以在时机成熟时摆脱它。

【参考方案6】：

if (x!=x)              ... then x is nan
if (x>0 && x/x != x/x) ... then x is +inf
if (x<0 && x/x != x/x) ... then x is -inf

这也可能有效（但涉及调用 exp() 和测试双精度数的相等性）：

if (exp(-x)==0.) ... then x is inf
if (exp(x)==0.)  ... then x is -inf