c - 如何对包含 NaN 的 C 数组进行排序

Question

一直在尝试实现我的代码作为对包括 NaN 在内的所有整数进行排序的方法。然而，似乎找不到可以将 NaN 排序到我的程序中的函数。代码能够对包括无穷大在内的其他整数进行排序，但是，当输入 nan 时，程序会识别输入，但不会将其排序到列表的开头。任何帮助，将不胜感激。

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main()
{
    float array[100], swap;
    int c, d, n;

    printf("Enter the size of array\n");
    scanf("%d", &n);

    printf("Enter %d integers\n", n);

    for (c = 0; c < n; c++)
        scanf("%f", &array[c]);

    for (c = 0; c < (n - 1); c++)
    {
        for (d = 0; d < n - c - 1; d++)
        {
            if (array[d] > array[d + 1]) 
            {
                swap = array[d];
                array[d] = array[d + 1];
                array[d + 1] = swap;
            }
        }
    }

    printf("Sorted array in ascending order:\n");


    for (c = 0; c < n; c++)
        printf("%f\n", array[c]);

    return 0;
}

Answer 1

请注意，根据 C 标准，两个 NaN 值永远不会相等，即使它们具有相同的位模式。如果您要使用 NaN 对数据进行排序，您需要:

1. 决定 NaN 值应根据正确值排序的位置(通常选择是“负无穷大之前”或“正无穷大之后”)。
2. 使用比简单的 a > b 更精细的测试比较。

您可以找到分散在 C11 标准周围的相关信息。例如:

• §7.12.14 Comparison macros
• §5.2.4.2.2 Characteristics of floating point types <float.h>
• §6.2.6.1 Representations of types: General ¶4
• §6.3.1.2 Boolean type
• §7.12.3 Classification macros
• §7.12.3.4 The isnan macro
• §7.12.3.6 The signbit macro
• §7.12.12.2 The fmax functions
• Annex F: IEC 60559 floating-point arithmetic (normative)

您可能会安排创建一个函数(可能是 inline 函数，除非您要将它传递给像 qsort() 这样的函数)来比较相关类型的两个浮点值(看起来像您正在使用 float )，它使用 isnan()或isnanf()分类宏来确定一个或两个值是否为 NaN。如果两个值都是 NaN，该函数可能会返回一个指示相等的值，但如果其中一个是 NaN，则返回值会将其放置在另一个值之前或之后，具体取决于您希望 NaN 出现的顺序，并且它将返回用于比较其他值(正常值、零、无穷大、次正常数)的适当值 - 常规值和无穷大仅需要常规比较运算符，除非您需要对负零与正零进行正确排序。

例如，编写一个与 qsort() 一起使用的函数(并且使用类型 double 而不是 float )会产生类似的结果，假设数字应按升序排序，并且 NaN 应该比任何其他值都小。该代码包括从标准输入读取数据、打印数据、排序并再次打印的测试代码。

#include <math.h>

/* Belongs in a header! */
extern int cmp_double(const void *v1, const void *v2);

/* Sort doubles, with NaNs coming first */
/* Switch return values -1 and +1 after testing n1, n2 to sort NaNs last */
int cmp_double(const void *v1, const void *v2)
{
    double d1 = *(const double *)v1;
    double d2 = *(const double *)v2;
    int n1 = isnan(d1);
    int n2 = isnan(d2);

    if (n1 && n2)
        return 0;
    if (n1)
        return -1;
    if (n2)
        return +1;
    if (d1 < d2)
        return -1;
    if (d1 > d2)
        return +1;
    // The values are 'equal', but …
    if (d1 != 0.0)
        return 0;
    // They're both zero, but they could have different signs
    int s1 = signbit(d1);
    int s2 = signbit(d2);
    if (s1 != s2)
        return (s1) ? -1 : +1;
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

static void dump_doubles(const char *tag, int num, double values[num])
{
    printf("%s (%d):\n", tag, num);
    int line_len = 0;
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        int n = printf(" %+12.4f", values[i]);
        if (n <= 0)
            break;
        line_len += n;
        if (line_len >= 60)
        {
            line_len = 0;
            putchar('\n');
        }
    }
    if (line_len > 0)
        putchar('\n');
}

int main(void)
{
    enum { NUM_VALUES = 50 };
    double values[NUM_VALUES];

    int i = 0;

    for (i = 0; i < NUM_VALUES; i++)
    {
        if (scanf("%lf", &values[i]) != 1)
            break;
    }

    dump_doubles("Before sort", i, values);
    qsort(values, i, sizeof(values[0]), cmp_double);
    dump_doubles("After sort", i, values);

    return 0;
}

注意将 -0.0 排序在 +0.0 之前所需的测试!

考虑输入数据:

3023.421800 9033.902200 nan -9370.952500 3088.884900 6829.135400 0
-0.000000 -inf -5267.546800 -8784.373300 5663.944600 -9728.231300 inf
-inf -5373.038600 4282.941600 6245.734200 -5533.975400 nan 8445.713600
+inf -9108.960400 -3796.671200 nan -2363.851300 877.460400 9936.416900
-3480.867400

输出是:

Before sort (29):
   +3023.4218   +9033.9022          nan   -9370.9525   +3088.8849
   +6829.1354      +0.0000      -0.0000         -inf   -5267.5468
   -8784.3733   +5663.9446   -9728.2313         +inf         -inf
   -5373.0386   +4282.9416   +6245.7342   -5533.9754          nan
   +8445.7136         +inf   -9108.9604   -3796.6712          nan
   -2363.8513    +877.4604   +9936.4169   -3480.8674
After sort (29):
          nan          nan          nan         -inf         -inf
   -9728.2313   -9370.9525   -9108.9604   -8784.3733   -5533.9754
   -5373.0386   -5267.5468   -3796.6712   -3480.8674   -2363.8513
      -0.0000      +0.0000    +877.4604   +3023.4218   +3088.8849
   +4282.9416   +5663.9446   +6245.7342   +6829.1354   +8445.7136
   +9033.9022   +9936.4169         +inf         +inf