c - 溢出与信息

Question

当我输入一个大于最大值 double 的数字时在 Matlab 中约为 1.79769e+308，例如 10^309，它返回 Inf。出于教育目的，我想要像 C 编译器那样返回溢出错误消息的溢出异常，而不是 Inf。我的问题是:

1. Inf是溢出异常吗？

2. 如果是，为什么 C 编译器不返回 Inf？

3. 如果不行，我在Matlab中能不能得到溢出异常？

4. Inf 和溢出异常有什么区别吗？

此外，我不想在 Matlab 中检查 Inf，然后使用 error() 函数抛出异常。

Answer 1

1) C/C++ 中的 float

对 floating-point numbers 的操作可以产生非数值的结果。示例:

• 操作的结果是一个复数(想想sqrt(-1.0))
• 操作的结果是未定义的(想想 1.0/0.0)
• 操作的结果太大而无法表示
• 执行一个操作，其中一个操作数已经是 NaN 或 Inf

IEEE754 的理念是 to not trap这样exceptions默认情况下，但要生成特殊值(Inf 和 NaN)，并允许计算继续正常进行而不中断程序。由用户测试此类结果并分别对待它们(如 MATLAB 中的 isinf 和 isnan 函数)。

存在two types of NaN值:NaN(安静 NaN)和 sNaN(信号 NaN)。正常情况下，所有 float 的算术运算在不能成功完成时都会产生quiet类型(不是signaling类型)。

control 有(平台相关的)函数浮点环境和 catch FP 异常:

• Win32 API 有 _control87()控制 FPU 标志。
• 通常是 POSIX/Linux 系统 handle FP exception通过捕获 SIGFPE 信号(参见 feenableexcept)。
• SunOS/Solaris 也有自己的功能(参见 Sun/Oracle 的 Numerical Computation Guide 中的第 4 章)
• C99/C++11 引入了 fenv带有控制浮点异常标志的函数的 header 。

例如，查看 Python 如何针对不同平台实现 FP 异常控制模块:https://hg.python.org/cpython/file/tip/Modules/fpectlmodule.c

2) C/C++ 中的整数

这显然与 float 完全不同，因为整数类型不能表示 Inf 或 NaN:

• 无符号整数使用 modular arithmetic (因此，如果结果超过最大整数，则值环绕)。这意味着无符号算术运算的结果始终是“数学定义的”并且永远不会溢出。将其与使用 saturation arithmetic 的 MATLAB 进行比较对于整数(uint8(200) + uint8(200) 将是 uint8(255))。
• 另一方面，有符号整数溢出是 undefined behavior .
• integer division by zero是未定义的行为。