用Visual c++编写的NaN ASCII I/O

NaN ASCII I/O with Visual C++

本文关键字：ASCII NaN Visual c++      更新时间：2023-10-16

我想使用iostream和Visual c++从/中读取和写入NaN值到文本文件。当写NaN值时，我得到1.#QNAN。但是，读回输出1.0。

float nan = std::numeric_limits<float>::quiet_NaN ();
std::ofstream os("output.txt");
os << nan ;
os.close();

输出为1.#QNAN。

std::ifstream is("output.txt");
is >> nan ;
is.close();

nan = 1.0。

<<p> 解决方案/strong>

最后，根据woodland的建议，我想出了这个解决方案。我选择"nan"作为nan的字符串表示。& lt; & lt;和>>操作符被重写。

using namespace ::std;
class NaNStream 
{
public:
  NaNStream(ostream& _out, istream& _in):out(_out), in(_in){}
  template<typename T>
  const NaNStream& operator<<(const T& v) const {out << v;return *this;}
  template<typename T>
  const NaNStream& operator>>(T& v) const {in >> v;return *this;}
protected:
  ostream& out;
  istream& in;
};
// override << operator for float type
template <> const NaNStream& NaNStream::operator<<(const float& v) const 
{
  // test whether v is NaN 
  if( v == v )
    out << v;
  else
    out << "nan";
  return *this;
}
// override >> operator for float type
template <> const NaNStream& NaNStream::operator>>(float& v) const 
{
  if (in >> v)
    return *this;
  in.clear();
  std::string str;
  if (!(in >> str))
    return *this;
  if (str == "nan")
    v = std::numeric_limits<float>::quiet_NaN();
  else
    in.setstate(std::ios::badbit); // Whoops, we've still "stolen" the string
  return *this;
}

一个最小的工作示例:将有限浮点数和NaN写入stringstream，然后再读取。

int main(int,char**) 
{
  std::stringstream ss;
  NaNStream nis(ss, ss);
  nis << 1.5f << std::numeric_limits<float>::quiet_NaN ();
  std::cout << ss.str() << std::endl; // OUTPUT : "1.5nan"
  float a, b;
  nis >> a;  nis >> b;
  std::cout << a << b << std::endl;  // OUTPUT : "1.51.#QNAN"
}

当将float或double的值打印到std::ostream时，将使用类模板std::num_put<> (c++ 03§22.2.2.2)。它按照%e、%E,、%f、%g或%G格式说明符之一对printf输出的值进行格式化，具体取决于流的标志(表58)。

同样地，当输入float或double值时，它就像使用scanf函数一样读取它，并使用%g格式说明符(§22.2.2.1.2/5)。

那么，下一个问题是为什么scanf不能正确解析1.#QNAN。C89标准在fprintf和fscanf功能的描述中都没有提到nan。它确实说浮点数的表示是未指定的，所以这属于未指定的行为。

另一方面，

C99在这里指定了行为。对于fprintf (C99§7.19.6.1/8):

表示无穷大的double参数以其中一种样式进行转换[-]inf或[-]infinity——哪种风格是由实现定义的。一个表示NaN的double参数以其中一种样式进行转换[-]nan或[-]nan(n-char-sequence) -哪种风格，以及含义任何n-char-sequence都是由实现定义的。F转换说明符生成INF、INFINITY或NAN，而不是inf、infinity或nan，分别。<一口> 243)

fscanf指定根据strtod(3) (C99§7.19.6.2/12)解析数字。strtod解析如下(§7.20.1.3/3):

期望的主题序列形式是一个可选的加号或减号，然后是如下:
一个非空的十进制数字序列，可选地包含一个小数点字符，然后是可选的指数部分，如6.4.4.2中定义的;
- 0x或0X，然后是一个非空十六进制数字序列，可选包含小数点字符，然后是6.4.4.2中定义的可选二进制指数部分;
- INF或INFINITY，忽略大小写
- NAN或NAN(n-char-sequenceopt)，忽略NAN部分的大小写，其中:

n-char-sequence:数字数字n-char-sequence数字n-char-sequence数字之前主题序列定义为输入字符串的最长初始子序列，从第一个非空白字符开始，这是预期的形式。这个话题如果输入字符串不是期望的形式，则序列不包含任何字符。

因此，在考虑了所有这些之后，最终结果是您的C标准库不符合c99，因为根据上面的1.#QNAN不是fprintf的有效输出。但是，众所周知，微软的C运行时不兼容c99，而且据我所知，它也不打算很快兼容。由于C89没有指定这里关于nan的行为，您就不走运了。

您可以尝试切换到不同的编译器和C运行时(如Cygwin+GCC)，但这对于这样一个小钉子来说是一个非常大的打击。如果您确实需要这种行为，我建议为浮点数编写一个包装器类，它能够正确格式化和解析NaN值。

使用c++ 03，您可以相当容易地通过helper类和您自己的操作符来解决这个问题:

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <limits>
struct FloatNaNHelper {
  float value;
  operator const float&() const { return value; }
};
std::istream& operator>>(std::istream& in, FloatNaNHelper& f) {
  if (in >> f.value)
    return in;
  in.clear();
  std::string str;
  if (!(in >> str))
    return in;
  // use std::transform for lowercaseness?
  // NaN on my platform is written like this.
  if (str == "NaN")
    f.value = std::numeric_limits<float>::quiet_NaN();
  else
    in.setstate(std::ios::badbit); // Whoops, we've still "stolen" the string
  return in;
}

这在我的平台上非常适合NaN，但也说明了其中固有的可移植性问题——您的库似乎以不同的方式表示它，如果您想同时支持这两种方式，可能会使问题变得有些复杂。我用这个测试:

int main() {
  std::istringstream in("1.0 555 NaN foo");
  FloatNaNHelper f1,f2,f3;
  in >> f1 >> f2 >> f3;
  std::cout << static_cast<float>(f1) << ", " << static_cast<float>(f2) << ", " << static_cast<float>(f3) << std::endl;
  if (in >> f1)
    std::cout << "OOPS!" << std::endl;
}

您也可以将其语义更改为可能更简洁的内容:

int main() {
  std::istringstream in("1.0 555 NaN foo");
  float f1,f2,f3;
  in >> FloatNaNHelper(f1) >> FloatNaNHelper(f2) >> FloatNaNHelper(f3);
  std::cout << f1 << ", " << f2 << ", " << f3 << std::endl;
}

要求更改FloatNaNNHelper:

struct FloatNaNHelper {
  float& value;
  explicit FloatNaNHelper(float& f) : value(f) { }
};

和运算符:

std::istream& operator>>(std::istream& in, const FloatNaNHelper& f);
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