是否存在isnan()函数?

注:我在MinGW(如果这有区别的话)。

我使用isnan()从<math.h>解决了这个问题,这在<cmath>中不存在,我一开始是#包括在内的。


当前回答

对我来说,解决方案可能是一个宏,使它显式内联,从而足够快。 它也适用于任何浮点类型。它基于这样一个事实:一个值不等于本身的唯一情况是当该值不是一个数字时。

#ifndef isnan
  #define isnan(a) (a != a)
#endif

其他回答

在x86-64上,您可以使用非常快速的方法来检查NaN和无穷大,不管- fast-math编译器选项如何,这些方法都可以正常工作。(f != f, std::isnan, std::isinf使用- fast-math总是产生false)。


NaN、无穷大和有限数的测试可以通过检查最大指数轻松完成。无穷大是最大指数和零尾数,NaN是最大指数和非零尾数。指数存储在最上面的符号位之后的下一位,这样我们就可以左移来去掉符号位,让指数成为最上面的位,不需要屏蔽(操作符&):

static inline uint64_t load_ieee754_rep(double a) {
    uint64_t r;
    static_assert(sizeof r == sizeof a, "Unexpected sizes.");
    std::memcpy(&r, &a, sizeof a); // Generates movq instruction.
    return r;
}

static inline uint32_t load_ieee754_rep(float a) {
    uint32_t r;
    static_assert(sizeof r == sizeof a, "Unexpected sizes.");
    std::memcpy(&r, &a, sizeof a); // Generates movd instruction.
    return r;
}

constexpr uint64_t inf_double_shl1 = UINT64_C(0xffe0000000000000);
constexpr uint32_t inf_float_shl1 = UINT32_C(0xff000000);

// The shift left removes the sign bit. The exponent moves into the topmost bits,
// so that plain unsigned comparison is enough.
static inline bool isnan2(double a)    { return load_ieee754_rep(a) << 1  > inf_double_shl1; }
static inline bool isinf2(double a)    { return load_ieee754_rep(a) << 1 == inf_double_shl1; }
static inline bool isfinite2(double a) { return load_ieee754_rep(a) << 1  < inf_double_shl1; }
static inline bool isnan2(float a)     { return load_ieee754_rep(a) << 1  > inf_float_shl1; }
static inline bool isinf2(float a)     { return load_ieee754_rep(a) << 1 == inf_float_shl1; }
static inline bool isfinite2(float a)  { return load_ieee754_rep(a) << 1  < inf_float_shl1; }

isinf和isfinite的std版本从.data段加载2个double/float常量,在最坏的情况下,它们会导致2个数据缓存失败。上面的版本不加载任何数据,inf_double_shl1和inf_float_shl1常量被编码为立即操作数进入程序集指令。


更快的isnan2只是2个组装指令:

bool isnan2(double a) {
    bool r;
    asm(".intel_syntax noprefix"
        "\n\t ucomisd %1, %1"
        "\n\t setp %b0"
        "\n\t .att_syntax prefix"
        : "=g" (r)
        : "x" (a)
        : "cc"
        );
    return r;
}

如果任何参数为NaN,则使用ucomisd指令设置奇偶校验标志的事实。这就是在没有指定- fast-math选项时std::isnan的工作方式。

如果你的编译器支持c99扩展,有一个std::isnan,但我不确定mingw是否支持。

下面是一个小函数,如果你的编译器没有标准函数,它应该可以工作:

bool custom_isnan(double var)
{
    volatile double d = var;
    return d != d;
}

当前c++标准库中没有可用的isnan()函数。它是在C99中引入的,并被定义为宏而不是函数。C99定义的标准库元素既不是当前c++标准ISO/IEC 14882:1998的一部分,也不是更新版ISO/IEC 14882:2003的一部分。

2005年提出了技术报告1。TR1为c++带来了与C99的兼容性。尽管它从未被正式采用成为c++标准,但许多实现(GCC 4.0+或Visual c++ 9.0+ c++实现)确实提供了TR1特性,全部或仅部分(Visual c++ 9.0不提供C99数学函数)。

如果TR1可用,那么cmath包含C99元素,如isnan(), isfinite()等,但它们被定义为函数,而不是宏,通常在std:: TR1:: namespace中,尽管许多实现(例如Linux上的GCC 4+或Mac OS X 10.5+上的XCode)将它们直接注入std::,因此std::isnan定义良好。

此外,c++的一些实现仍然使C99 isnan()宏对c++可用(通过cmath或math.h包含),这可能会引起更多的混淆,开发人员可能认为这是一种标准行为。

关于visualc++的一个注意事项,如上所述,它不提供std::isnan,也不提供std::tr1::isnan,但它提供了一个定义为_isnan()的扩展函数,该扩展函数自visualc++ 6.0以来一直可用

在XCode中,有更多的乐趣。如前所述,GCC 4+定义了std::isnan。对于旧版本的编译器和库形式的XCode,似乎(这里是相关的讨论),还没有机会检查自己)定义了两个函数,Intel上的__inline_isnand()和Power PC上的__isnand()。

一个可能的解决方案,不依赖于特定的IEEE表示NaN使用如下:

template<class T>
bool isnan( T f ) {
    T _nan =  (T)0.0/(T)0.0;
    return 0 == memcmp( (void*)&f, (void*)&_nan, sizeof(T) );
}

根据IEEE标准,NaN值有一个奇怪的性质,涉及它们的比较总是假的。也就是说,对于浮点数f, f != f只有在f为NaN时才为真。

请注意,正如下面的一些评论所指出的,并不是所有编译器在优化代码时都尊重这一点。

对于任何声称使用IEEE浮点数的编译器,这个技巧都应该有效。但我不能保证它在实践中会起作用。如果有疑问,请检查编译器。