悩んでいる人
C言語で整数に丸める関数の違いと使い方を教えて！
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（Linuxカーネル）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（UNC）コンピュータサイエンス学部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++，Python，Solidity/Vyper，Java，Ruby，Go，Rust，D，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．
- 2020年1月～現在はアメリカのノースカロライナ州チャペルヒルにあるGuarantee Happiness LLCのCTOとしてECサイト開発やWeb/SNSマーケティングの業務．2022年6月～現在はアメリカのノースカロライナ州チャペルヒルにあるJapanese Tar Heel, Inc.のCEO兼CTO．
- 最近は自然言語処理AIとイーサリアムに関する有益な情報発信に従事．
- （AI全般を含む）自然言語処理AIの論文の日本語訳や，AIチャットボット（ChatGPT，Auto-GPT，Gemini（旧Bard）など）の記事を50本以上執筆．アメリカのサンフランシスコ（広義のシリコンバレー）の会社でプロンプトエンジニア・マネージャー・Quality Assurance（QA）の業務委託の経験あり．
- （スマートコントラクトのプログラミングを含む）イーサリアムや仮想通貨全般の記事を200本以上執筆．イギリスのロンドンの会社で仮想通貨の英語の記事を日本語に翻訳する業務委託の経験あり．
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C言語で整数に丸めるnearbyint/rint/lrint/llrint/lround/llround/trunc関数
C言語で整数に丸めるnearbyint/rint/lrint/llrint/lround/llround/trunc関数を紹介します．
これらの全ての関数は整数に丸めるのですが，微妙に仕様が異なりますので，それぞれ解説していきます．
整数に丸める代表的な関数のround関数を知りたいあなたはこちらからどうぞ．
nearbyint/rint関数
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double nearbyint(double x); float nearbyintf(float x); long double nearbyintl(long double x); double rint(double x); float rintf(float x); long double rintl(long double x); |
nearbyint/rint関数と派生関数を紹介します．
nearbyint/nearbyintf/nearbyintl/rint/rintf/rintl関数は，最も近い整数に丸めます．
nearbyint/nearbyintf/nearbyintl関数は，現在の丸め方向 (fesetround関数を参照) を使用して，inexact例外（FE_INEXACT）を発生させずに，引数を浮動小数点形式の整数に丸めます．
現在の丸め方向がnearestの場合，これらの関数はIEEE754に従って，2つの整数の中間の場合は最も近い偶数の整数に丸めます．
※round関数は，2つの整数の中間の場合は0から遠い方に丸めます．
rint/rintf/rintl関数も同じような動作をするが，結果が引数と異なる場合にinexact例外（FE_INEXACT）を発生します(この例外はfetestexcept関数経由で確認可能)．
nearbyint/nearbyintf/nearbyintl/rint/rintf/rintl関数の返り値は，丸めた整数です．
引数xが整数，+0，-0，NaN，無限のいずれかの場合，x自身が返されます．
nearbyint/nearbyintf/nearbyintl/rint/rintf/rintl関数で整数に丸めるコード
nearbyint/nearbyintf/nearbyintl/rint/rintf/rintl関数で整数に丸めるコードは以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <math.h> int main(void) { double d; float f; long double ld; printf("Please input a real number: "); scanf("%lf", &d); f = ld = d; printf("nearbyint(%lf) = %lf\n", d, nearbyint(d)); printf("nearbyintf(%f) = %f\n", f, nearbyintf(f)); printf("nearbyintf(%Lf) = %Lf\n", ld, nearbyintl(ld)); printf("rint(%lf) = %lf\n", d, rint(d)); printf("rintf(%f) = %f\n", f, rintf(f)); printf("rintf(%Lf) = %Lf\n", ld, rintl(ld)); return 0; } |
実行結果は以下になります．
3.5と4.5の場合は4，5.5と6.5の場合は6に丸めることがわかります．
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$ gcc nearbyint_rint.c -lm $ a.out Please input a real number: 3.5 nearbyint(3.500000) = 4.000000 nearbyintf(3.500000) = 4.000000 nearbyintf(3.500000) = 4.000000 rint(3.500000) = 4.000000 rintf(3.500000) = 4.000000 rintf(3.500000) = 4.000000 $ a.out Please input a real number: 4.5 nearbyint(4.500000) = 4.000000 nearbyintf(4.500000) = 4.000000 nearbyintf(4.500000) = 4.000000 rint(4.500000) = 4.000000 rintf(4.500000) = 4.000000 rintf(4.500000) = 4.000000 $ a.out Please input a real number: 5.5 nearbyint(5.500000) = 6.000000 nearbyintf(5.500000) = 6.000000 nearbyintf(5.500000) = 6.000000 rint(5.500000) = 6.000000 rintf(5.500000) = 6.000000 rintf(5.500000) = 6.000000 $ a.out Please input a real number: 6.5 nearbyint(6.500000) = 6.000000 nearbyintf(6.500000) = 6.000000 nearbyintf(6.500000) = 6.000000 rint(6.500000) = 6.000000 rintf(6.500000) = 6.000000 rintf(6.500000) = 6.000000 |
inexact例外の発生を確認するコード
inexact例外の発生を確認するコードは以下になります．
nearbyint/nearbyintf/nearbyintl関数はinexact例外が発生していないことがわかります．
rint/rintf/rintl関数は，引数が3の場合はinexact例外が発生せず，3.14の場合はinexact例外が発生していることがわかります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <math.h> #include <fenv.h> int main(void) { double d; float f; long double ld; printf("Please input a real number: "); scanf("%lf", &d); f = ld = d; feclearexcept(FE_INEXACT); printf("FE_INEXACT is %s.\n", fetestexcept(FE_INEXACT) ? "enable" : "disable"); printf("nearbyint(%lf) = %lf\n", d, nearbyint(d)); printf("nearbyintf(%f) = %f\n", f, nearbyintf(f)); printf("nearbyintf(%Lf) = %Lf\n", ld, nearbyintl(ld)); printf("FE_INEXACT is %s.\n", fetestexcept(FE_INEXACT) ? "enable" : "disable"); printf("rint(%lf) = %lf\n", d, rint(d)); printf("FE_INEXACT is %s.\n", fetestexcept(FE_INEXACT) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INEXACT); printf("FE_INEXACT is %s.\n", fetestexcept(FE_INEXACT) ? "enable" : "disable"); printf("rintf(%f) = %f\n", f, rintf(f)); printf("FE_INEXACT is %s.\n", fetestexcept(FE_INEXACT) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INEXACT); printf("FE_INEXACT is %s.\n", fetestexcept(FE_INEXACT) ? "enable" : "disable"); printf("rintf(%Lf) = %Lf\n", ld, rintl(ld)); printf("FE_INEXACT is %s.\n", fetestexcept(FE_INEXACT) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INEXACT); printf("FE_INEXACT is %s.\n", fetestexcept(FE_INEXACT) ? "enable" : "disable"); return 0; } |
実行結果は以下になります．
inexact例外が発生したことがわかります．
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$ gcc nearbyint_rint2.c -lm $ a.out Please input a real number: 3 FE_INEXACT is disable. nearbyint(3.000000) = 3.000000 nearbyintf(3.000000) = 3.000000 nearbyintf(3.000000) = 3.000000 FE_INEXACT is disable. rint(3.000000) = 3.000000 FE_INEXACT is disable. FE_INEXACT is disable. rintf(3.000000) = 3.000000 FE_INEXACT is disable. FE_INEXACT is disable. rintf(3.000000) = 3.000000 FE_INEXACT is disable. FE_INEXACT is disable. $ a.out Please input a real number: 3.14 FE_INEXACT is disable. nearbyint(3.140000) = 3.000000 nearbyintf(3.140000) = 3.000000 nearbyintf(3.140000) = 3.000000 FE_INEXACT is disable. rint(3.140000) = 3.000000 FE_INEXACT is enable. FE_INEXACT is disable. rintf(3.140000) = 3.000000 FE_INEXACT is enable. FE_INEXACT is disable. rintf(3.140000) = 3.000000 FE_INEXACT is enable. FE_INEXACT is disable. |
lrint/llrint関数
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long lrint(double x); long lrintf(float x); long lrintl(long double x); long long llrint(double x); long long llrintf(float x); long long llrintl(long double x); |
lrint/llrint関数と派生関数を紹介します．
lrint/lrintf/lrintl/llrint/llrintf/llrintl関数は，最も近い整数に丸めます．
現在の丸め方向がnearestの場合，これらの関数はIEEE754に従って，2つの整数の中間の場合は最も近い偶数の整数に丸めます．
※round関数は，2つの整数の中間の場合は0から遠い方に丸めます．
nearbyint/rint関数とは異なり，lrint/lrintf/lrintl/llrint/llrintf/llrintl関数の返り値の型はlong/long long型になることに注意して下さい．
xがNaNか無限大，もしくは丸めた値が大き過ぎる場合，不正（invalid）浮動小数点例外（FE_INVALID）が発生します．
lrint/lrintf/lrintl/llrint/llrintf/llrintl関数で整数に丸めるコード
lrint/lrintf/lrintl/llrint/llrintf/llrintl関数で整数に丸めるコードは以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <math.h> int main(void) { double d; float f; long double ld; printf("Please input a real number: "); scanf("%lf", &d); f = ld = d; printf("lrint(%lf) = %ld\n", d, lrint(d)); printf("lrintf(%f) = %ld\n", f, lrintf(f)); printf("lrintf(%Lf) = %ld\n", ld, lrintl(ld)); printf("llrint(%lf) = %Ld\n", d, llrint(d)); printf("llrintf(%f) = %Ld\n", f, llrintf(f)); printf("llrintf(%Lf) = %Ld\n", ld, llrintl(ld)); return 0; } |
実行結果は以下になります．
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 |
$ gcc lrint_llrint.c -lm $ a.out Please input a real number: 3.5 lrint(3.500000) = 4 lrintf(3.500000) = 4 lrintf(3.500000) = 4 llrint(3.500000) = 4 llrintf(3.500000) = 4 llrintf(3.500000) = 4 $ a.out Please input a real number: 4.5 lrint(4.500000) = 4 lrintf(4.500000) = 4 lrintf(4.500000) = 4 llrint(4.500000) = 4 llrintf(4.500000) = 4 llrintf(4.500000) = 4 $ a.out Please input a real number: 5.5 lrint(5.500000) = 6 lrintf(5.500000) = 6 lrintf(5.500000) = 6 llrint(5.500000) = 6 llrintf(5.500000) = 6 llrintf(5.500000) = 6 $ a.out Please input a real number: 6.5 lrint(6.500000) = 6 lrintf(6.500000) = 6 lrintf(6.500000) = 6 llrint(6.500000) = 6 llrintf(6.500000) = 6 llrintf(6.500000) = 6 |
lrint/lrintf/lrintl/llrint/llrintf/llrintl関数でinvalid例外を発生するコード
lrint/lrintf/lrintl/llrint/llrintf/llrintl関数でinvalid例外を発生するコードは以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <math.h> #include <fenv.h> int main(void) { double d; float f; long double ld; printf("Please input a real number: "); scanf("%lf", &d); f = ld = d; feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("lrint(%lf) = %ld\n", d, lrint(d)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("lrintf(%f) = %ld\n", f, lrintf(f)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("lrintf(%Lf) = %ld\n", ld, lrintl(ld)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("llrint(%lf) = %Ld\n", d, llrint(d)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("llrintf(%f) = %Ld\n", f, llrintf(f)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("llrintf(%Lf) = %Ld\n", ld, llrintl(ld)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); return 0; } |
実行結果は以下になります．
invalid例外が発生していることがわかります．
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$ gcc lrint_llrint2.c -lm $ a.out Please input a real number: nan FE_INVALID is disable. lrint(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. lrintf(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. lrintf(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. llrint(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. llrintf(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. llrintf(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. |
lround/llround関数
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long lround(double x); long lroundf(float x); long lroundl(long double x); long long llround(double x); long long llroundf(float x); long long llroundl(long double x); |
lround/llround関数と派生関数を紹介します．
lround/lroundf/lroundl/llround/llroundf/llroundl関数は，最も近い整数に丸めます．
現在の丸め方向に関係なく最も近い整数に丸められ，2つの整数の中間の場合は0から遠い方の整数に丸めます．
※round関数と同様です．
lround/lroundf/lroundl/llround/llroundf/llroundl関数の返り値の型はlong/long long型になることに注意して下さい．
xがNaNか無限大，もしくは丸めた値が大き過ぎる場合，不正（invalid）浮動小数点例外（FE_INVALID）が発生します．
lround/lroundf/lroundl/llround/llroundf/llroundl関数で整数に丸めるコード
lround/lroundf/lroundl/llround/llroundf/llroundl関数で整数に丸めるコードは以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <math.h> int main(void) { double d; float f; long double ld; printf("Please input a real number: "); scanf("%lf", &d); f = ld = d; printf("lround(%lf) = %ld\n", d, lround(d)); printf("lroundf(%f) = %ld\n", f, lroundf(f)); printf("lroundf(%Lf) = %ld\n", ld, lroundl(ld)); printf("llround(%lf) = %Ld\n", d, llround(d)); printf("llroundf(%f) = %Ld\n", f, llroundf(f)); printf("llroundf(%Lf) = %Ld\n", ld, llroundl(ld)); return 0; } |
実行結果は以下になります．
現在の丸め方向に関係なく最も近い整数に丸められ，2つの整数の中間の場合は0から遠い方の整数に丸めていることがわかります．
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$ gcc lround_llround.c -lm $ a.out Please input a real number: 3.4 lround(3.400000) = 3 lroundf(3.400000) = 3 lroundf(3.400000) = 3 llround(3.400000) = 3 llroundf(3.400000) = 3 llroundf(3.400000) = 3 Please input a real number: 3.5 lround(3.500000) = 4 lroundf(3.500000) = 4 lroundf(3.500000) = 4 llround(3.500000) = 4 llroundf(3.500000) = 4 llroundf(3.500000) = 4 $ a.out Please input a real number: 4.5 lround(4.500000) = 5 lroundf(4.500000) = 5 lroundf(4.500000) = 5 llround(4.500000) = 5 llroundf(4.500000) = 5 llroundf(4.500000) = 5 $ a.out Please input a real number: 5.5 lround(5.500000) = 6 lroundf(5.500000) = 6 lroundf(5.500000) = 6 llround(5.500000) = 6 llroundf(5.500000) = 6 llroundf(5.500000) = 6 $ a.out Please input a real number: 6.5 lround(6.500000) = 7 lroundf(6.500000) = 7 lroundf(6.500000) = 7 llround(6.500000) = 7 llroundf(6.500000) = 7 llroundf(6.500000) = 7 |
lround/lroundf/lroundl/llround/llroundf/llroundl関数でinexact例外を発生するコード
lround/lroundf/lroundl/llround/llroundf/llroundl関数でinexact例外を発生するコードは以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <math.h> #include <fenv.h> int main(void) { double d; float f; long double ld; printf("Please input a real number: "); scanf("%lf", &d); f = ld = d; feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("lround(%lf) = %ld\n", d, lround(d)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("lroundf(%f) = %ld\n", f, lroundf(f)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("lroundf(%Lf) = %ld\n", ld, lroundl(ld)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("llround(%lf) = %Ld\n", d, llround(d)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("llroundf(%f) = %Ld\n", f, llroundf(f)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); printf("llroundf(%Lf) = %Ld\n", ld, llroundl(ld)); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); feclearexcept(FE_INVALID); printf("FE_INVALID is %s.\n", fetestexcept(FE_INVALID) ? "enable" : "disable"); return 0; } |
実行結果は以下になります．
invalid例外が発生したことがわかります．
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$ gcc lround_llround2.c -lm $ a.out Please input a real number: nan FE_INVALID is disable. lround(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. lroundf(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. lroundf(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. llround(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. llroundf(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. llroundf(nan) = -9223372036854775808 FE_INVALID is enable. FE_INVALID is disable. |
trunc関数
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1 2 3 |
double trunc(double x); float truncf(float x); long double truncl(long double x); |
trunc関数と派生関数を紹介します．
trunc/truncf/truncl関数は，0に近い方の整数（絶対値がxよりも大きくない直近の整数）に丸めます．
trunc/truncf/truncl関数の返り値は，丸められた整数です．
xが整数，無限大，NaNの場合，x自身が返されます．
また，trunc/truncf/truncl関数は例外を発生しません．
trunc/truncf/truncl関数の使い方は以下になります．
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 |
/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <math.h> int main(void) { double d; float f; long double ld; printf("Please input a real number: "); scanf("%lf", &d); f = ld = d; printf("trunc(%lf) = %lf\n", d, trunc(d)); printf("truncf(%f) = %f\n", f, truncf(f)); printf("truncf(%Lf) = %Lf\n", ld, truncl(ld)); return 0; } |
実行結果は以下になります．
0に近い方の整数に丸めていることがわかります．
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
$ gcc trunc.c -lm $ a.out Please input a real number: 3.4 trunc(3.400000) = 3.000000 truncf(3.400000) = 3.000000 truncf(3.400000) = 3.000000 $ a.out Please input a real number: 3.5 trunc(3.500000) = 3.000000 truncf(3.500000) = 3.000000 truncf(3.500000) = 3.000000 $ a.out Please input a real number: 4.5 trunc(4.500000) = 4.000000 truncf(4.500000) = 4.000000 truncf(4.500000) = 4.000000 |
まとめ
C言語で整数に丸めるnearbyint/rint/lrint/llrint/lround/llround/trunc関数を紹介しました．
また，これらの関数の違いと使い方を解説しました．
まとめると下表になります．
| 項目 | nearbyint/rint関数 | lrint/llrint関数 | lround/llround関数 | trunc関数 |
|---|---|---|---|---|
| 引数 | 浮動小数点型※ | 浮動小数点型※ | 浮動小数点型※ | 浮動小数点型※ |
| 返り値 | 浮動小数点型※ | 整数型 | 整数型 | 浮動小数点型※ |
| 整数を丸める方向 | 最も近い整数※ （fesetround関数で変更可能） | 最も近い整数※ | 最も近い整数※ | 0に近い方の整数 |
| 2つの整数の中間の場合 | 最も近い偶数の整数 | 最も近い偶数の整数 | 0から遠い方の整数※ | 0に近い方の整数 |
| 例外 | nearbyint関数は発生しない rint関数はinexact例外が発生 | invalid例外が発生 | invalid例外が発生 | 発生しない |
※round関数と同様
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