double x=1;
while( x+1>x )
x++;
1 ответ
Если тип double
— это число с плавающей точкой формата IEEE 754 binary64
(в большинстве случаев так и есть), то возможны по крайней мере три следующих ответа.
2^53 == 9007199254740992.0
При достижении значения 2^53
цикл остановится, т.к. в числах с плавающей точкой 2^53 + 1 == 2^53
.
Все целые числа из отрезка [-2^53, 2^53]
типом double
представимы точно. Следующее вещественное число после 2^53
представимое типом double
— это 2^53 + 2
. Их битовые паттерны (различие всего лишь в самом младшем бите мантиссы):
2^53 == 0 | 10000110100 | 0000000000000000000000000000000000000000000000000000
2^53 + 2 == 0 | 10000110100 | 0000000000000000000000000000000000000000000000000001
Точный вещественный результат 2^53 + 1
будет округлён до одного из двух чисел с плавающей точкой, между которыми он находится.
По умолчанию, используется режим округления «до ближайшего». Если точный результат находится точно посередине между двух чисел с плавающей точкой, то будет выбрано то, младший бит мантиссы которого равен нулю. В данном случае 2^53 + 1
округляется до 2^53
.
Пример:
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
int main() {
cout << std::fixed;
double x = 9007199254740992.0 - 4.0;
while( x+1 > x ) {
cout << "x: " << x << endl;
x++;
}
cout << "last: " << x << endl;
double t1 = 9007199254740992.0;
double t2 = t1 + 1.0;
cout << "t1: " << t1 << endl;
cout << "t2: " << t2 << endl;
}
x: 9007199254740988.000000
x: 9007199254740989.000000
x: 9007199254740990.000000
x: 9007199254740991.000000
last: 9007199254740992.000000
t1: 9007199254740992.000000
t2: 9007199254740992.000000
+inf
Среди возможных режимов округления точного результата до числа с плавающей точкой, определяемых стандартом IEEE 754
, есть режим округления «в сторону положительной бесконечности».
При данном режиме округления условие x+1 > x
будет выполняться, пока переменная x
не равна NaN
или ±inf
Данный режим можно включить, используя функцию std::fesetround()
.
Пример:
#include <iostream>
#include <limits>
#include <cfenv>
#include <cmath>
using std::cout;
using std::endl;
int main() {
cout << std::scientific;
cout.precision(std::numeric_limits<double>::max_digits10);
std::fesetround(FE_UPWARD);
double x = std::numeric_limits<double>::infinity();
for (int i = 0; i < 4; i++)
x = std::nextafter(x, 0.0);
while( x+1 > x ) {
cout << "x: " << x << endl;
x++;
}
cout << "last: " << x << endl;
double t1 = std::numeric_limits<double>::max();
double t2 = t1 + 1.0;
cout << "t1: " << t1 << endl;
cout << "t2: " << t2 << endl;
}
Вывод (g++ с использованием опции -frounding-math
. Без данной опции компилятор предполагает, что всегда используется режим округления по умолчанию.):
x: 1.79769313486231511e+308
x: 1.79769313486231531e+308
x: 1.79769313486231551e+308
x: 1.79769313486231571e+308
last: inf
t1: 1.79769313486231571e+308
t2: inf
- Бесконечный цикл
Стандарт языка допускает, что результат выражения в числах с плавающей точкой может иметь большую точностью (precision) и диапазон (range), чем того требует результирующий тип. expr.pre/6
:
The values of the floating-point operands and the results of floating-point expressions may be represented in greater precision and range than that required by the type; the types are not changed thereby.47
- The cast and assignment operators must still perform their specific conversions as described in [expr.type.conv], [expr.cast], [expr.static.cast] and [expr.ass].
Например, в следующем коде
double x = ...;
bool b = x + 1 > x;
результат выражения x + 1
имеет тип double
, но точность и диапазон у результирующего значения могут быть больше, чем у типа double
.
Иными словами, вполне возможно, что точный вещественный результат выражения x + 1
будет округлён не до типа double
, а до некоторого более ёмкого, чем double
типа.
На практике такое возможно, если вычисления производятся в модуле операций с плавающей точкой (floating point unit (FPU)), производящем вычисления в 80-битных числах с плавающей точкой.
Пример:
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
int main() {
cout << std::fixed;
int counter = 0;
volatile double tmp = 9007199254740992.0 - 4.0;
double x = tmp;
while( x+1 > x ) {
cout << "x: " << x << endl;
x++;
counter++;
if (counter > 8) {
cout << "counter break!" << endl;
break;
}
}
cout << "last: " << x << endl;
}
Вывод (g++ с использованием опции -mfpmath=387 для того, чтобы вычисления производились в FPU):
x: 9007199254740988.000000
x: 9007199254740989.000000
x: 9007199254740990.000000
x: 9007199254740991.000000
x: 9007199254740992.000000
x: 9007199254740992.000000
x: 9007199254740992.000000
x: 9007199254740992.000000
x: 9007199254740992.000000
counter break!
last: 9007199254740992.000000
Начиная со значения 2^53 == 9007199254740992.0
, инкремент переменной x
на единицу не изменяет её значения, но при этом условие цикла x+1 > x
оценивается с расширенной точностью 80-битного FPU. Т.е. точный вещественный результат 2^53 + 1
не округляется до 2^53
при оценке условия цикла, следовательно выражение x+1 > x
оказывается истинным. Это бесконечный цикл!
-
а можете с таким помочь вопросом double x=1.0; do { x/=2.0; } while( 1.0+x>1.0 ); } 7 апр 2021 в 20:41
-
-
3