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【C言語】非数(nan:Not a Number)と無限大(inf:∞)とは

悩んでいる人

C言語の非数(nan)と無限大(inf)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++,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」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.

非数(nan:Not a Number)と無限大(inf:∞)

非数(nan:Not a Number)とは,に浮動小数点数の演算結果で不正な値を表します.

C言語では正の非数の場合はnan,負の非数の場合は-nanになります.

無限大(inf:∞)とは,浮動小数点数のオーバーフローを表します.

正のオーバーフローの場合は正の無限大「inf:∞」,負のオーバーフローの場合は負の無限大「-inf:-∞」になります.

オーバーフローについて知りたいあなたはこちらからどうぞ.

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IEEE 754で浮動小数点数の非数と無限大は下表になります.

種類符号指数部(exponent)仮数部(fraction)
非数最上位ビットが0なら正,1なら負全て10以外の値
無限大最上位ビットが0なら正,1なら負全て10

C言語で非数(nan:Not a Number)になるコード

C言語で非数(nan:Not a Number)と無限大(inf:∞)になるコードを紹介します.

非数や無限大であるかどうか判定する関数は以下になります.

関数説明戻り値
isnan/myisnan関数非数かどうか判定非数なら0以外の値(例えば1),それ以外は0
isinf/myisinf関数無限大かどうか判定正の無限大なら1,負の無限大なら-1,それ以外は0
isfinite/myisfinite関数無限大や非数でないかどうか判定非数または無限大でないなら0以外の値(例えば1),それ以外は0

ここで,isnan/isinf/isfinite関数は標準ライブラリ関数(C99からマクロで実装),myisnan/myisinf/myisfinite関数は自作関数です.

main関数では,非数になる演算例と,isnan/myisnan関数,isfinite/myisfinite関数の動作を確認しています.

その後,非数同を等値演算子(==,!=)と関係演算子(<,<=,>,>=)で比較しています.

実行結果は以下になります.

非数の演算結果が得られていることがわかります.

非数同士による等値演算子と関係演算子の比較結果は,通常の演算とは異なる結果になっていることに注意して下さい.

例えば,(nan == nan)の戻り値は0なので,異なる値という判定になります.

また,nan != nanの戻り値は1になっています.

C言語と無限大(inf:∞)になるコード

C言語と無限大(inf:∞)になるコードを紹介します.

※負の無限大(-inf:-∞)も含まれます.

非数のコードnan.cと同じisnan/myisnan関数,isinf/myisinf関数,isfinite/myisfinite関数を利用しています.

main関数では,無限大になる演算例と,isnan/myisnan関数,isfinite/myisfinite関数の動作を確認しています.

その後,無限大同士を等値演算子(==,!=)と関係演算子(<,<=,>,>=)で比較しています.

実行結果は以下になります.

非数同士とは異なり,無限大同士による等値演算子と関係演算子の評価結果は,通常の演算と同様の結果になっていることに注意して下さい.

まとめ

C言語の非数(nan:Not a Number)と無限大(inf:∞)を紹介しました.

具体的には,非数や無限大になる演算と,非数や無限大同士の比較をしました.

非数と無限大が発生する条件はデバッグに有用ですので覚えておきましょう!

C言語を独学で習得することは難しいです.

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