一、问题描述

  在编程过程中，有时候会因为考虑不周或者计算精度的问题，使计算结果“异常”：nan(Not a Number)或inf(Infinite)。本文首先总结了在编程过程中导致计算结果为nan或inf的情况，然后给出方法判断浮点数的有效性。

1、什么情况下计算结果为inf

  计算结果为inf一般是因为计算结果超出浮点数的表示范围。
  例如：float y[5] = {log(0.0), 1.0 / 1.0e-50, exp(1000.0), 2.0 * FLT_MAX, FLT_MAX * FLT_MAX};
  当变量的计算结果为inf时，该变量可以与其他浮点数进行比较运算或其他运算，就如数学中的无穷一样。
  头文件<flaot.h>中，定义了常量DBL_MAX(FLT_MAX)，这个常量表示“能表示出来的最大的双(单)精度浮点型数值”。采用函数：int is_finite_number(double x){return (x >= -DBL_MAX && x <= DBL_MAX);}或int is_finite_number(float x){return (x >= -FLT_MAX&& x <= FLT_MAX);}来判断x是否为一个有限的数(既不是inf，又不是nan)。若x是inf则返回0，否则返回1。

2、什么情况下计算结果为nan

  计算结果为nan一般是因为对浮点数进行了未定义的操作。
  例如：float y[5] = { sqrt(-1.0), acos(1.000006), asin(-1.001), pow(-1, 0.25), log(-1.0)};
  同时，0.0/0.0、0.0*inf、inf/inf、inf-inf这些操作也会得到nan。
  可以验证，做判断nan==nan时， 其结果是0或false。因此，可以用函数：int is_number(double x){return (x == x);来判断x是否为nan。若x是nan则返回0，否则返回1。

二、判断浮点数的有效性

  头文件<math.h>中定义了宏fpclassify(x)用来查看浮点数表达式x的情况，其返回值有以下五种情况：
  (1)FP_NAN：x是一个“not a number”；
  (2)FP_INFINITE： x是正、负无穷；
  (3)FP_ZERO： x是0；
  (4)FP_SUBNORMAL： x太小，以至于不能用浮点数的规格化形式表示；
  (5)FP_NORMAL： x是一个正常的浮点数（不是以上结果中的任何一种）。
  同时，c语言提供了四个宏用于判断浮点数的有效性：
  #define isfinite(_Val) (fpclassify(_Val) <= 0)
  #define isinf(_Val) (fpclassify(_Val) == FP_INFINITE)
  #define isnan(_Val) (fpclassify(_Val) == FP_NAN)
  #define isnormal(_Val) (fpclassify(_Val) == FP_NORMAL)

三、$C$代码

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <float.h>

const char *show_classification(float x) 
{
    
	switch (fpclassify(x)) 
	{
    
		case FP_INFINITE:  
			return "Inf";
			break;
		case FP_NAN:       
			return "NaN";
			break;
		case FP_NORMAL:
			return "Normal";
			break;
		case FP_SUBNORMAL:
			return "Subnormal";
			break;
		case FP_ZERO:
			return "Zero";
			break;
		default:
			return "Unknown";
			break;
	}
}

void main(void)
{
    
	printf("log(0.0) is %s\n", show_classification(log(0.0)));
	printf("1.0 / 1.0e-50 is %s\n", show_classification(1.0 / 1.0e-50));
	printf("exp(1000.0) is %s\n", show_classification(exp(1000.0)));
	printf("2.0 * FLT_MAX is %s\n", show_classification(2.0 * FLT_MAX));
	printf("FLT_MAX * FLT_MAX is %s\n", show_classification(FLT_MAX * FLT_MAX));
	printf("\n");
	printf("sqrt(-1.0) is %s\n", show_classification(sqrt(-1.0)));
	printf("acos(1.000006) is %s\n", show_classification(acos(1.000006)));
	printf("asin(-1.001) is %s\n", show_classification(asin(-1.001)));
	printf("pow(-1, 0.25) is %s\n", show_classification(pow(-1, 0.25)));
	printf("log(-1.0) is %s\n", show_classification(log(-1.0)));
	printf("\n");

	printf("FLT_MIN/2 is %s\n", show_classification(FLT_MIN / 2.0));
	printf("-0.0 is %s\n", show_classification(-0.0));
	printf("1.0 is %s\n", show_classification(1.0));
}

四、参考文献/资料

C语言如何判断浮点数的有效性
fpclassify