【C言語】ldexp/ldexpf/ldexpl関数の使い方と自作関数

悩んでいる人

C言語でldexp/ldexpf/ldexpl関数の使い方と自作関数を教えて！

こういった悩みにお答えします．

本記事の信頼性

リアルタイムシステムの研究歴12年．
東大教員の時に，英語でOSの授業．
2012年9月～2013年8月にアメリカのノースカロライナ大学チャペルヒル校コンピュータサイエンス学部（2021年の世界大学学術ランキングで20位）で客員研究員として勤務．C言語でリアルタイムLinuxの研究開発．
プログラミング歴15年以上，習得している言語: C/C++，Solidity/Vyper，Java，Python，Ruby，HTML/CSS/JS/PHP，MATLAB，Assembler (x64，ARM)．
東大教員の時に，C++言語で開発した「LLVMコンパイラの拡張」，C言語で開発した独自のリアルタイムOS「Mcube Kernel」をGitHubにオープンソースとして公開．

こういった私から学べます．

1 ldexp/ldexpf/ldexpl関数
2 ldexp/ldexpf/ldexpl関数の使い方
3 ldexp/ldexpf/ldexpl関数の自作関数
4 まとめ

ldexp/ldexpf/ldexpl関数

double ldexp(double x, int exp);
float ldexpf(float x, int exp);
long double ldexpl(long double x, int exp);

double ldexp(double x, int exp);

float ldexpf(float x, int exp);

long double ldexpl(long double x, int exp);

ldexp/ldexpf/ldexpl関数は，浮動小数点数xと2のexp乗との積を返します．

すなわち，返り値は$x * 2^{exp}$になります．

ldexp/ldexpf/ldexpl関数の使い方

ldexp/ldexpf/ldexpl関数の使い方は以下になります．

/*
 * Author: Hiroyuki Chishiro
 * License: 2-Clause BSD
 */
#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void)
{
  double d;
  float f;
  long double ld;
  int exp;

  printf("Please input a real number: ");
  scanf("%Lf", &ld);
  d = f = ld;
  printf("Please input an integer: ");
  scanf("%d", &exp);

  printf(" ldexp(%lf, %d) = %lf\n", d, exp, ldexp(d, exp));
  printf("ldexpf(%f, %d) = %f\n", f, exp, ldexpf(f, exp));
  printf("ldexpl(%Lf, %d) = %Lf\n", ld, exp, ldexpl(ld, exp));

  return 0;
}

* Author: Hiroyuki Chishiro

* License: 2-Clause BSD

#include <stdio.h>

#include <math.h>

int main(void)

{

double d;

float f;

long double ld;

int exp;

printf("Please input a real number: ");

scanf("%Lf", &ld);

d = f = ld;

printf("Please input an integer: ");

scanf("%d", &exp);

printf(" ldexp(%lf, %d) = %lf\n", d, exp, ldexp(d, exp));

printf("ldexpf(%f, %d) = %f\n", f, exp, ldexpf(f, exp));

printf("ldexpl(%Lf, %d) = %Lf\n", ld, exp, ldexpl(ld, exp));

return 0;

}

実行結果は以下になります．

$ gcc ldexp.c 
$ a.out 
Please input a real number: 3.14
Please input an integer: 4
 ldexp(3.140000, 4) = 50.240002
ldexpf(3.140000, 4) = 50.240002
ldexpl(3.140000, 4) = 50.240000

$ gcc ldexp.c

$ a.out

Please input a real number: 3.14

Please input an integer: 4

ldexp(3.140000, 4) = 50.240002

ldexpf(3.140000, 4) = 50.240002

ldexpl(3.140000, 4) = 50.240000

ldexp/ldexpf/ldexpl関数の自作関数

ldexp/ldexpf/ldexpl関数の自作関数を実装するためには，IEEE754と共用体の理解が必要になります．

共用体を知りたいあなたはこちらからどうぞ．

: 【C言語】共用体unionの使い方と実例

こういった悩みにお答えします．こういった私から学べます．目次1 共用体union2 共用体unionの使い方3 共用体unionのLinuxカーネルにおける実例4 まとめ共用体union 共用体 ...

続きを見る

ldexp/ldexpf/ldexpl関数の自作関数は以下になります．

/*
 * Author: Hiroyuki Chishiro
 * License: 2-Clause BSD
 */
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <errno.h>

#define DBL_EXPONENT_MASK  0x7ffULL
#define DBL_EXPONENT_SHIFT 52ULL

#define FLT_EXPONENT_MASK  0xffUL
#define FLT_EXPONENT_SHIFT 23UL

#define LDBL_EXPONENT_MASK  0x7fffULL

double myldexp(double x, int exp)
{
  union {
    double d;
    long l;
  } y = {x};

  if (x == 0.0) {
    return 0.0;
  }

  exp += (y.l >> DBL_EXPONENT_SHIFT) & DBL_EXPONENT_MASK;

  if (exp <= 0) {
    return 0;
  }

  if (exp >= DBL_EXPONENT_MASK) {
    errno = ERANGE;

    if (x < 0.0) {
      return -HUGE_VAL;
    }

    return HUGE_VAL;
  }

  y.l &= ~(DBL_EXPONENT_MASK << DBL_EXPONENT_SHIFT);
  y.l |= (long) exp << DBL_EXPONENT_SHIFT;
  return y.d;
}

float myldexpf(float x, int exp)
{
  union {
    float f;
    int i;
  } y = {x};

  if (x == 0.0) {
    return 0.0;
  }

  exp += (y.i >> FLT_EXPONENT_SHIFT) & FLT_EXPONENT_MASK;

  if (exp <= 0) {
    return 0;
  }

  if (exp >= FLT_EXPONENT_MASK) {
    errno = ERANGE;

    if (x < 0.0) {
      return -HUGE_VALF;
    }

    return HUGE_VALF;
  }

  y.i &= ~(FLT_EXPONENT_MASK << FLT_EXPONENT_SHIFT);
  y.i |= exp << FLT_EXPONENT_SHIFT;
  return y.f;
}

long double myldexpl(long double x, int exp)
{
  union {
    long double ld;
    long l[2];
  } y = {x};

  if (x == 0.0) {
    return 0.0;
  }

  exp += y.l[1] & LDBL_EXPONENT_MASK;

  if (exp <= 0) {
    return 0;
  }

  if (exp >= LDBL_EXPONENT_MASK) {
    errno = ERANGE;

    if (x < 0.0) {
      return -HUGE_VALL;
    }

    return HUGE_VALL;
  }

  y.l[1] &= ~LDBL_EXPONENT_MASK;
  y.l[1] |= exp;
  return y.ld;
}

int main(void)
{
  double d;
  float f;
  long double ld;
  int exp;

  printf("Please input a real number: ");
  scanf("%Lf", &ld);
  d = f = ld;
  printf("Please input an integer: ");
  scanf("%d", &exp);

  printf(" myldexp(%lf, %d) = %lf\n", d, exp, myldexp(d, exp));
  printf("myldexpf(%f, %d) = %f\n", f, exp, myldexpf(f, exp));
  printf("myldexpl(%Lf, %d) = %Lf\n", ld, exp, myldexpl(ld, exp));

  return 0;
}

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* Author: Hiroyuki Chishiro

* License: 2-Clause BSD

#include <stdio.h>

#include <math.h>

#include <errno.h>

#define DBL_EXPONENT_MASK 0x7ffULL

#define DBL_EXPONENT_SHIFT 52ULL

#define FLT_EXPONENT_MASK 0xffUL

#define FLT_EXPONENT_SHIFT 23UL

#define LDBL_EXPONENT_MASK 0x7fffULL

double myldexp(double x, int exp)

{

union {

double d;

long l;

} y = {x};

if (x == 0.0) {

return 0.0;

}

exp += (y.l >> DBL_EXPONENT_SHIFT) & DBL_EXPONENT_MASK;

if (exp <= 0) {

return 0;

}

if (exp >= DBL_EXPONENT_MASK) {

errno = ERANGE;

if (x < 0.0) {

return -HUGE_VAL;

}

return HUGE_VAL;

}

y.l &= ~(DBL_EXPONENT_MASK << DBL_EXPONENT_SHIFT);

y.l |= (long) exp << DBL_EXPONENT_SHIFT;

return y.d;

}

float myldexpf(float x, int exp)

{

union {

float f;

int i;

} y = {x};

if (x == 0.0) {

return 0.0;

}

exp += (y.i >> FLT_EXPONENT_SHIFT) & FLT_EXPONENT_MASK;

if (exp <= 0) {

return 0;

}

if (exp >= FLT_EXPONENT_MASK) {

errno = ERANGE;

if (x < 0.0) {

return -HUGE_VALF;

}

return HUGE_VALF;

}

y.i &= ~(FLT_EXPONENT_MASK << FLT_EXPONENT_SHIFT);

y.i |= exp << FLT_EXPONENT_SHIFT;

return y.f;

}

long double myldexpl(long double x, int exp)

{

union {

long double ld;

long l[2];

} y = {x};

if (x == 0.0) {

return 0.0;

}

exp += y.l[1] & LDBL_EXPONENT_MASK;

if (exp <= 0) {

return 0;

}

if (exp >= LDBL_EXPONENT_MASK) {

errno = ERANGE;

if (x < 0.0) {

return -HUGE_VALL;

}

return HUGE_VALL;

}

y.l[1] &= ~LDBL_EXPONENT_MASK;

y.l[1] |= exp;

return y.ld;

}

int main(void)

{

double d;

float f;

long double ld;

int exp;

printf("Please input a real number: ");

scanf("%Lf", &ld);

d = f = ld;

printf("Please input an integer: ");

scanf("%d", &exp);

printf(" myldexp(%lf, %d) = %lf\n", d, exp, myldexp(d, exp));

printf("myldexpf(%f, %d) = %f\n", f, exp, myldexpf(f, exp));

printf("myldexpl(%Lf, %d) = %Lf\n", ld, exp, myldexpl(ld, exp));

return 0;

}

実行結果は以下になります．

$ gcc myldexp.c
$ a.out 
Please input a real number: 3.14
Please input an integer: 4
 myldexp(3.140000, 4) = 50.240002
myldexpf(3.140000, 4) = 50.240002
myldexpl(3.140000, 4) = 50.240000

$ gcc myldexp.c

$ a.out

Please input a real number: 3.14

Please input an integer: 4

myldexp(3.140000, 4) = 50.240002

myldexpf(3.140000, 4) = 50.240002

myldexpl(3.140000, 4) = 50.240000

まとめ

C言語でldexp/ldexpf/ldexpl関数の使い方と自作関数を紹介しました．

ldexp/ldexpf/ldexpl関数の自作関数を作成するためには，IEEE754と共用体の理解が必要なことがわかりました．

ldexp/ldexpf/ldexpl関数と似た関数であるfrexp/frexpf/frexpl関数やmodf/modff/modfl関数の使い方や自作関数を知りたいあなたはこちらからどうぞ．

: 【C言語】frexp/frexpf/frexpl関数の使い方と自作関数

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