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，如果在设置之前使用了其值将在初始化后设置的变量。

我已经尝试过使用浮点异常功能，但是该解决方案需要对FE_INVALID进行if测试，我想避免这种测试。

下面我包含了一个简化的示例代码。在代码中，我有一个带成员double x的A类，我将其初始化为构造函数中的signaling_nan()。这个类还包括一个函数divide_by_x，它将类成员x传入的参数分开，我创建了一个对象A a1，并调用a1.divide_by_x(10.0)。我期望程序抛出一个异常，但是它继续并返回nan作为divide_by_x函数调用的值。

在示例代码中，我在程序末尾为FE_INVALID浮点异常提供了一个if测试，如果x是用一个quiet_nan()而不是无效的signaling_nan() FE_INVALID初始化的，那么它的输出会沿着预期的行变化。这表明signaling_nan()确实在生成浮点异常，但是程序继续执行。

#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signaling_nan输出

FE_INVALID

用quiet_nan():初始化x的quiet_nan输出

不无效

Answer 1

因此，有很多方法可以解决这个问题：

自定义类，这些类在操作中检查FPE

最简单的方法就是编写一个包装类，它检查浮点异常，然后不必在以后处理它，所有内置的数值操作。

#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;
};

可养家糊口

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;
}

如果出现无效的浮点异常，这将生成SIGFPE。您还可以使用GCC扩展，因此这会自动发生在main之前。

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

您也可以将它与信号处理程序一起使用。

定制装配

我强烈建议不要这样做，因为它不会是可移植的(即使是在x86上，因为x87 FPU与使用SSE2的较新的x86 CPU不同。但是，您可以尝试使用内联程序集来检查浮点异常，尽管这可能是一个非常糟糕的主意。例如，处理x87 FPU状态寄存器是详细的这里。