如何让 C++ signaling_nan() 抛出异常，而不需要 if 测试？

Question

我正在尝试使用 signaling_nan() 来自动抛出一个异常，如果一个变量的值将被设置 post-初始化，在被设置之前被使用。

我已经尝试通过 fenv.h 使用 floating point exception functionalities，但是该解决方案需要对 FE_INVALID 进行 if 测试，我想避免这种情况。

我在下面包含了简化的示例代码。在代码中，我有一个带有成员双 x 的 class A，我在构造函数中将其初始化为 signaling_nan()。 class 还包括一个函数divide_by_x，它将class 成员x 传入的参数进行除法。我创建一个对象 A a1，并调用 a1.divide_by_x(10.0)。我预计程序会抛出异常，但它会继续进行，并且 returns nan 作为 divide_by_x 函数调用的值。

在示例代码中，我在程序末尾包含了一个针对 FE_INVALID 浮点异常的 if 测试，如果 x 是用 quiet_nan 初始化的，它的输出会沿着预期的行变化() [无效] vs signaling_nan() [FE_INVALID]。这表明 signaling_nan() 确实产生了浮点异常，但程序继续执行。

#include<iostream>
#include <utility>
#include <limits>
#include <float.h>
#include <signal.h>
#include <fenv.h>

using namespace std;

class A
{
public:

  // Constructor
  A():x(std::numeric_limits<double>::signaling_NaN()){}
  //A():x(std::numeric_limits<double>::quiet_NaN()){}

  // Set x
  void set_x(double x_value) { x = x_value; }

  // Divide number by x
  double divide_by_x(double other_number)
  {
    double result = other_number/x;

    return result;
  }
  
  // Member
  double x;
};
  
int main(void)
{
  feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT);
  
  A a1;

  double before_setting_x;

  before_setting_x = a1.divide_by_x(10.0);

  if (fetestexcept(FE_INVALID))
        printf("FE_INVALID\n");
    else
        printf("Not invalid\n");
  
 return 0;
}

用 signaling_nan() 初始化 x 的输出：

FE_INVALID

用 quiet_nan() 初始化 x 的输出:

不无效

Answer 1

所以，有很多方法可以解决这个问题：

自定义类，在操作中检查 FPE

最简单的方法就是编写一个包装器 class，它检查浮点异常，以后再也不用处理它了，所有的数字运算都是内置的。

#include <exception>
#include <fenv.h>

class FloatingPointException: public std::exception {
    const char* what() const throw() {
        return "Exception raised in floating-point operation.";
    }
};

class F64 {
public:
    F64(double f): m_f(f) {}
    F64(const F64 &other): m_f(other.m_f) {} 
    F64(F64 &&other): m_f(other.m_f) {}
    F64& operator=(const F64& other) { m_f = other.m_f; return *this; }
    F64& operator=(F64&& other) { m_f = other.m_f; return *this; }

    operator double() const { return m_f; }

    // This is where we use fenv.
    F64 operator*(F64 other) const {
        feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT);
        auto result = m_f * other.m_f;
        if (fetestexcept(FE_INVALID)) {
            throw FloatingPointException();
        }
        return F64(result);
    }

    F64& operator*=(F64 other) {
        operator=(operator*(other));
        return *this;
    }

    // This is where we use fenv.
    F64 operator/(F64 other) const {
        feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT);
        auto result = m_f / other.m_f;
        if (fetestexcept(FE_INVALID)) {
            throw FloatingPointException();
        }
        return F64(result);
    }

    F64& operator/=(F64 other) {
        operator=(operator/(other));
        return *this;
    }

    // Implement all other operations.
private:
    double m_f;
};

feenableexcept

另一种方法是在程序开始时使用feenableexcept：

#include <fenv.h>
int main() {
    feenableexcept(FE_INVALID);
    ...
    return 0;
}

如果发生无效浮点异常，这将产生一个 SIGFPE。您还可以使用 GCC 扩展，这样这会在 main.

之前自动发生

#define _GNU_SOURCE 1
#include <fenv.h>
static void __attribute__ ((constructor)) trapfpe {
    feenableexcept(FE_INVALID);
}

您也可以将其与信号处理程序一起使用。

定制组装

我强烈建议不要这样做，因为它不可移植（即使在 x86 上，因为 x87 FPU 与带有 SSE2 的较新的 x86 CPU 会有所不同。但是，您可以尝试使用内联汇编来检查对于浮点异常，尽管这可能是一个非常糟糕的主意。例如，处理 x87 FPU 状态寄存器的详细信息 here.

如何让 C++ signaling_nan() 抛出异常，而不需要 if 测试？

How do I get C++ signaling_nan() to throw an exception, without needing if tests?

c++

nan

floating-point-exceptions

variable-initialization

signaling

自定义类，在操作中检查 FPE

feenableexcept

定制组装

如何让 C++ signaling_nan() 抛出异常，而不需要 if 测试？

How do I get C++ signaling_nan() to throw an exception, without needing if tests?

c++

nan

floating-point-exceptions

variable-initialization

signaling

自定义 类，在操作中检查 FPE

feenableexcept

定制组装

自定义类，在操作中检查 FPE