浮点数 NaN 彻底研究(linux 下 c环境测试)

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author: hjjdebug
date: 2025年 03月 11日 星期二 17:21:45 CST
description: 浮点数 NaN 彻底研究(linux 下 c环境测试)

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NaN即Not a Num，只对于浮点数出现。用于处理计算中的错误情况

1. 创建一个NaN 数据,

2. 打印一个NaN 数据,

3. NaN 到底等于二进制的多少？ 即它是怎样表示的?

看一个简单代码：

$ cat main.cpp 
#include <math.h>
#include <stdio.h>

typedef union
{
	double dbl;
	long int lint;
}U_DATA;

int main() {
	U_DATA data;
    double x = NAN;  // 直接创建NaN
    printf("x = %f\n", x);  // 输出：x = nan
	data.dbl=x;
	printf("double = %f\n", data.dbl);
	printf("long = 0x%lx\n", data.lint);
    return 0;
}

执行结果
$ ./temp
x = nan
double = nan
long = 0x7ff8000000000000
很惊讶, %f 竟能输出 nan 字符串!
这是因为进化的printf 针对这个浮点数进行了特殊处理
当它遇到0x7ff8000000000000, 就打印nan

4. 1.0/0.0 生成的是什么？ 是一个无穷大 inf

我本来想让它生成一个无效数，实际它生成的是无穷大数, 顺便也了解一下无穷大数.
代码:

$ cat main.cpp 
#include <math.h>
#include <stdio.h>

typedef union
{
	double dbl;
	long int lint;
}U_DATA;

int main() {
	U_DATA data;
	double a=0.0;
	double x=1.0/a;
    printf("x = %f\n", x);  // 输出：x = nan
	data.dbl=x;
	printf("double = %f\n", data.dbl);
	printf("long = 0x%lx\n", data.lint);
    return 0;
}

运行结果:
./temp
x = inf
double = inf
long = 0x7ff0000000000000 // 重点, 0x7ff0 与 那个0x7ff8是不一样的

printf(“%f”) 对无穷大数也要做特殊处理了.

5. 运算时生成一个nan, 用-1开平方 , 竟然生成了负不存在

代码:

cat main.cpp 
#include <math.h>
#include <stdio.h>

typedef union
{
	double dbl;
	long int lint;
}U_DATA;

int main() {
	U_DATA data;
//    double x = NAN;  // 直接创建NaN
	double a=-1;
	double x=sqrt(a);
    printf("x = %f\n", x);  // 输出：x = -nan, 其值0xfff8, 与正nan(0x7ff8)不同
	data.dbl=x;
	printf("double = %f\n", data.dbl);
	printf("long = 0x%lx\n", data.lint);
    return 0;
}

执行结果:
./temp
x = -nan
double = -nan
long = 0xfff8000000000000

负不存在0xfff8跟12个0 与 正不存在0x7ff8跟12个0 还是不一样的.

6. nan 的运算和判断isnan()

代码:

$ cat main.cpp
#include <math.h>
#include <stdio.h>

typedef union
{
	double dbl;
	long int lint;
}U_DATA;

int main() {
	U_DATA data;
    double x = NAN;  // 直接创建NaN
//这里得到结论, nan 与数据运算还是nan,
//可见浮点数运算对错误进行了特殊处理
	double y=x+1;
    printf("x+1 = %f\n", y);  // 输出：x+1 = nan
	data.dbl=y;
	printf("double = %f\n", data.dbl);
	printf("long = 0x%lx\n", data.lint); //nan还是用0x7ff8开始后跟12个0表示
	if(isnan(y)) //判断y 是否是一个正常的数据
	{
		printf("y is not a number!\n");
	}
	else
	{
		printf("y is a number!\n");
	}
    return 0;
}

执行结果:
$ ./temp
x+1 = nan
double = nan
long = 0x7ff8000000000000
y is not a number!

这里得到结论:
nan 与数据运算还是nan,
可见浮点数运算对错误进行了特殊处理,
它不会傻傻的都按浮点数去运算，而是先判断一下数据是否合法.
你也可以用isnan()判断数据是否合法