MATH_ERROR

Section: Linux Programmer's Manual (7)
Updated: 2008-08-11
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名前

math_error - 数学関数からのエラーの検出  

書式

#include <math.h>
#include <errno.h>
#include <fenv.h>
 

説明

エラーが発生すると、ほとんどのライブラリ関数は (-1 や NULL などの) 特別な値を返すことでエラーを通知する。 <math.h> で宣言されている数学関数は、通常は浮動小数点値を返すので、 他の機構を使ってエラーを通知する。 エラー通知機構は 2 種類あり、 古いものが errno を設定するやり方であり、新しいものが fenv(3) で説明されている浮動小数点例外機構である。 (feclearexcept(3) と fetestexcept(3) を使用する。これらについては以下で概要を説明している。)

移植性が必要なプログラムで、数学関数からのエラーを確認する必要がある場合には、 数学関数を呼び出す前に errno を 0 に設定し、


feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT);

を呼び出すべきである。

数学関数から返ってきた際に、 errno が 0 以外か、


fetestexcept(FE_INVALID | FE_DIVBYZERO | FE_OVERFLOW |
             FE_UNDERFLOW);

の呼び出しが 0 以外を返した場合 (fenv(3) 参照)、数学関数でエラーが発生している。

数学関数で発生するエラー条件については以下で説明する。  

領域エラー (domain error)

領域エラー が発生するのは、数学関数に渡された引き数の値がその関数が定義されている 領域に入っていない場合である (例えば log(3) に負の引き数を渡した場合)。 領域エラーが発生すると、 数学関数は普通は NaN を返し (同じ状況で違う値を返す関数もある)、 errnoEDOM を設定し、「無効 (invalid)」 浮動小数点例外 (FE_INVALID) を上げる。  

極エラー (pole error)

極エラー が発生するのは、関数の数学的な結果が無限大そのものとなる場合である (例えば 0 の対数は負の無限大である)。 極エラーが発生すると、その関数の返り値は (符号付きの) HUGE_VAL, HUGE_VALF, HUGE_VALL のいずれかとなる (前記の値のうちどれが返るかは関数の返り値の型により決まり、 それぞれ double, float, long double に対応する)。 結果の符号は、その関数の数学的な定義から決定される。 errnoERANGE に設定され、「0 による除算 (divide-by-zero)」 浮動小数点例外 (FE_DIVBYZERO) が上がる。  

範囲エラー (range エラー)

範囲エラー が発生するのは、関数の結果の値がその関数の返り値の型では表現できない場合 である。関数の返り値は、範囲エラーがオーバーフローであったかアンダーフロー であったかによって異なる。

浮動小数点のオーバーフローは、結果が有限だが、大き過ぎて 結果を返す型では表現できない場合に発生する。 オーバーフローが発生すると、 その関数は HUGE_VAL, HUGE_VALF, HUGE_VALL のいずれかを返す (前記の値のうちどれが返るかは関数の返り値の型により決まり、 それぞれ double, float, long double に対応する)。 errnoERANGE に設定され、「オーバーフロー (overflow)」 浮動小数点例外 (FE_OVERFLOW) が上がる。

浮動小数点のアンダーフローは、 結果が小さ過ぎて、結果を返す型では表現できない場合に発生する。 アンダーフローが発生すると、数学関数は通常は 0.0 を返す (C99 では、指定された型において最小の正規化された正の値より大きくない 値を持つ実装定義 (implementation-defined) の値を返す、となっている)。 errnoERANGE に設定され、「アンダーフロー」浮動小数点例外 (FE_UNDERFLOW) が上がる。

いくつかの関数では、渡された引き数の値や、正しい関数の結果が subnormal (非正規化数) になる場合に範囲エラーを上げる。 subnormal な値とは、0 ではないが、その値が小さすぎて (仮数部の最上位ビットが 1 となる) 標準形では表現できないような値である。 subnormal な値の表現では、仮数部の上位側のビットに 1 個以上の 0 が 含まれることになる。  

注意

C99 と POSIX.1-2001 で規定されている math_errhandling 識別子は glibc ではサポートされていない。 この識別子は、2 つのエラー通知機構 (errnofetestexcept(3) 経由で取得できる例外) のうちどちらが使用されているかを通知 することになっている。 標準では、少なくとも一つは使用されることが要求されているが、 両方とも利用可能であってもよいとされている。 glibc での現在の (バージョン 2.8 での) 状況はかなり混乱している。 ほとんどの関数 (ただし全部ではない) はエラー時に例外を上げる。 いくつかの関数は errno も設定する。 errno を設定するが、例外を上げない関数も少しだけ存在する。 どちらも行わない関数もごく少数だが存在する。 詳細については個々のマニュアルページを参照のこと。

errnofetestexcept(3) の両方を使ってエラーチェックを行うことで複雑になるのを避けるため、 多くの場合、関数呼び出しを行う前に不正な引き数かのチェックを行う 方法が推奨されている。 例えば、以下のコードは、 log(3) の引き数が NaN でも (極エラーとなる) 0 でも (領域エラーとなる) 0 未満 でもないことを保証するものである。


double x, r;

if (isnan(x) || islessequal(x, 0)) {
    /* Deal with NaN / pole error / domain error */
}

r = log(x);

このページに書かれていることは、 (<complex.h> で宣言されている) 複素数関数にはあてはまらない。 一般に、C99 や POSIX.1-2001 ではこれらの関数がエラーを返すことを 要求してない。

gcc(1) の -fno-math-errno オプションを使うと、実行ファイルで、標準の実装よりも高速な数学関数の 実装が使用されるようになるが、 エラー時に errno が設定されない (gcc(1) の -ffast-math オプションを指定した場合にも -fno-math-errno は有効になる)。 このオプションを指定した場合でも、 fetestexcept(3) を使ったエラーの検査は可能である。  

関連項目

gcc(1), errno(3), fenv(3), fpclassify(3), INFINITY(3), isgreater(3), matherr(3), nan(3)

info libc  

この文書について

この man ページは Linux man-pages プロジェクトのリリース 3.79 の一部 である。プロジェクトの説明とバグ報告に関する情報は http://www.kernel.org/doc/man-pages/ に書かれている。


 

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