c++ - 将 DBL_MAX 转换为 int 的结果不同于 std::numeric_limits::max() 到 int

Question

在进行转换测试时，我在 C++ 中遇到了一些奇怪的行为。

上下文

网上的C++引用表明std::numeric_limits<double>::max()的返回值(在 limit.h 中定义)应该是 DBL_MAX (在 float.h 中定义)。在我的测试中，当我打印出这些值时，两者确实完全相同。但是，当我从 double 转换它们时至 int ，奇怪的事情就出来了。

“相同”的输入，不同的结果？

int32_t t1 = (int) std::numeric_limits<double>::max();套t1至 INT_MIN ，但是 int32_t t2 = (int) DBL_MAX;套t2至 INT_MAX .使用 static_cast<int> 完成转换时也是如此.

“相同”的输入，相似情况下的相同结果

但是，如果我定义一个函数

int32_t doubleToInt(double dvalue) {
    return (int) value;
}

两者都是doubleToInt(std::numeric_limits<double>::max())和 doubleToInt(DBL_MAX)返回 INT_MIN .

为了帮助理解事物，我用 Java 实现了一个类似的程序。在那里，所有的转换都返回了 INT_MAX 的值。 ，无论是否在函数中。

有人能指出为什么在 C++ 中结果是 INT_MIN 的原因吗？在某些情况下，INT_MAX在其他人？转换时预期的行为应该是怎样的DBL_MAX至 int在 C++ 中？

C++ 示例代码

#include <iostream>
#include <limits>
#include <float.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

using namespace std;

template <typename T, typename D> D cast(T a, D b) { return (D) a;}

int main()
{
    int32_t t1 = 9;
    std::cout << std::numeric_limits<double>::max() << std::endl;
    std::cout << DBL_MAX << std::endl;
    std::cout << (int32_t) std::numeric_limits<double>::max() << std::endl;
    std::cout << (int32_t) DBL_MAX << std::endl;
    std::cout << cast(std::numeric_limits<double>::max(), t1) << std::endl;
    std::cout << cast(DBL_MAX, t1) << std::endl;

    return 0;
}

为了完整起见:我使用的是 cygwin gcc 和 java 8。

Answer 1

尝试转换大于 INT_MAX 的 float 到int是未定义的行为:

A prvalue of a floating point type can be converted to a prvalue of an integer type. The conversion truncates; that is, the fractional part is discarded. The behavior is undefined if the truncated value cannot be represented in the destination type. (§4.9 [conv.fpint], para. 1)

因此编译器可以为转换生成任何值(或者甚至做其他事情，比如抛出异常)。不同的编译器可以做不同的事情。同一个编译器可以在不同的时间做不同的事情。

试图理解为什么未定义行为的特定实例会显示它所显示的结果是没有实际意义的(除非您正在尝试对编译器进行逆向工程，即使那样 UB 通常也不是特别有趣)。相反，您需要专注于避免未定义的行为。

例如，由于将浮点值转换为整数的任何超出范围的转换都是未定义的，因此您需要确保此类转换不涉及超出范围的值。与其他一些语言 [注 1] 不同，C++ 标准不提供易于识别的可测试结果，因此您需要在进行转换之前进行测试。

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请注意 DBL_MAX是一个宏，其替换是表示最大可表示 float 的近似值的字符串。 std::numeric_limits<double>::max() ，另一方面，是精确的最大可表示 float 。

差异通常不会引人注意，但是(如标准 §5.20 [expr.const] 第 6 段中的注释所示):

Since this International Standard imposes no restrictions on the accuracy of floating-point operations, it is unspecified whether the evaluation of a floating-point expression during translation yields the same result as the evaluation of the same expression (or the same operations on the same values) during program execution.

尽管std::numeric_limits<double>::max()被宣布为 constexpr , 转换为 int 不是常量表达式(根据 §5.20/p2.5)正是因为它的行为未定义。

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注意事项

1. 例如，在 Java 中，转换定义明确。查看Java Language Specification了解详情。