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有趣的NaN类型

2024-08-02 22:42:47   222人阅读

　　在学习Java集合的时候遇到了Float.isNaN(float)函数，点进去一看就不理解了，函数实现如下：

public static boolean isNaN(float v) {        return (v != v);    }

　　float的v怎么会不等于自身呢？以下是关于这个函数的描述：

　　　/**     * Returns {@code true} if the specified number is a     * Not-a-Number (NaN) value, {@code false} otherwise.     *     * @param   v   the value to be tested.     * @return  {@code true} if the argument is NaN;     *          {@code false} otherwise.     */
isNaN()：描述：返回一个 Boolean 值，指明提供的值是否是保留值 NaN （不是数字）。语法：isNaN(numvalue)numvalue 参数是要检查是否为 NaN 的值。说明：如果值是 NaN， 那么 isNaN 函数返回 true ，否则返回 false 。

　　从上述描述可以知道，这个函数判断一个float参数是不是NaN（Not a Number），即不是一个数字，那么什么是NaN，什么情况下会出现NaN呢？

定义：　　

　　NaN（Not a Number，非数）是计算机科学中数值数据类型的一个值，表示未定义或不可表示的值。常在浮点数运算中使用。首次引入NaN的是1985年的IEEE 754浮点数标准。

会返回NaN的运算：

  • 操作数中至少有一个是 NaN 的运算
  • 未定义操作
    • 下列除法运算：0/0、∞/∞、∞/−∞、−∞/∞、−∞/−∞
    • 下列乘法运算：0×∞、0×-∞
    • 下列加法运算：∞ + (−∞)、(−∞) + ∞
    • 下列减法运算：∞ - ∞、(−∞) - (−∞)
  • 产生复数结果的实数运算。例如：
    • 对负数进行开方运算
    • 对负数进行对数运算
    • 对比-1小或比+1大的数进行反正弦或反余弦运算

 

Java中的NaN:

　　Java中的Double和Float中都有isNaN函数，判断一个数是不是NaN，其实现都是通过上述 v != v 的方式，因为NaN是唯一与自己不相等的值，NaN与任何值都不相等。有些操作会使isNaN返回True，例如：

System.out.println(Float.isNaN(0.0f / 0.0f));System.out.println(Double.isNaN(Math.sqrt(-1)));

Double的NaN定义：

　　 /**     * A constant holding a Not-a-Number (NaN) value of type     * {@code double}. It is equivalent to the value returned by     * {@code Double.longBitsToDouble(0x7ff8000000000000L)}.     */    public static final double NaN = 0.0d / 0.0;

　　以上定义了一个常量型的NaN，它的效果和Double.longBitsToDouble(0x7ff8000000000000L)的返回值是一样的，我们可以看看Double.longBitsToDouble中的定义：

If the argument is any value in the range 0x7ff0000000000001L through 0x7fffffffffffffffL or in the range 0xfff0000000000001L through 0xffffffffffffffffL, the result is a NaN. No IEEE 754 floating-point operation provided by Java can distinguish between two NaN values of the same type with different bit patterns.

　　如上可知，二进制的0x7ff0000000000001L~0x7fffffffffffffffL 和 0xfff0000000000001L~0xffffffffffffffffL 之间的数值是被定义成NaN类型，类似正无穷大和负无穷大，但又有区别。在Float中也类似。

　　总之，在实际数值计算的过程中可能会出现一些非法的操作，导致产生了非法的数值，比如说除零，通过NaN来表示这样一个非数值，NaN与任何浮点数（包括自身）的比较结果都为假，即 (NaN ≠ x) = false，这是NaN独有的特性，所以可以使用与自己相比来确定当前数值是不是一个正常的数。

简单测试：

　　@Test    public void NanTest() {        Float f1 = new Float(-1.0 / 0.0);        Float f2 = new Float(0.0 / 0.0);        Double f3 = Math.sqrt(-1);        // returns true if this Float value is a Not-a-Number(NaN), else false        System.out.println(f1 + " = " + f1.isNaN());        System.out.println(f2 + " = " + f2.isNaN());        System.out.println(f3 + " = " + f3.isNaN());        System.out.println(Double.isNaN(Double.longBitsToDouble(0x7ff0000000000011L)));    }

 

参考资料：

Java isNan how it works?
Float.NaN == Float.NaN
Java.lang.Float.isNaN() Method
http://zh.wikipedia.org/wiki/NaN
IEEE 754

 

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