Ejemplo ejecutable mínimo
Lo primero que debes saber es que el concepto de NaN se implementa directamente en el hardware de la CPU.
Todas las principales CPU modernas parecen seguir IEEE 754, que especifica formatos de punto flotante, y los NaN, que son solo valores flotantes especiales, son parte de ese estándar.
Por lo tanto, el concepto será muy similar en cualquier lenguaje, incluido Java, que solo emite código de punto flotante directamente a la CPU.
Antes de continuar, es posible que desee leer primero las siguientes respuestas que he escrito:
Ahora para alguna acción de Java. La mayoría de las funciones de interés que no se encuentran en el idioma principal viven en el interior java.lang.Float.
Nan.java
import java.lang.Float;
import java.lang.Math;
public class Nan {
public static void main(String[] args) {
// Generate some NaNs.
float nan = Float.NaN;
float zero_div_zero = 0.0f / 0.0f;
float sqrt_negative = (float)Math.sqrt(-1.0);
float log_negative = (float)Math.log(-1.0);
float inf_minus_inf = Float.POSITIVE_INFINITY - Float.POSITIVE_INFINITY;
float inf_times_zero = Float.POSITIVE_INFINITY * 0.0f;
float quiet_nan1 = Float.intBitsToFloat(0x7fc00001);
float quiet_nan2 = Float.intBitsToFloat(0x7fc00002);
float signaling_nan1 = Float.intBitsToFloat(0x7fa00001);
float signaling_nan2 = Float.intBitsToFloat(0x7fa00002);
float nan_minus = -nan;
// Generate some infinities.
float positive_inf = Float.POSITIVE_INFINITY;
float negative_inf = Float.NEGATIVE_INFINITY;
float one_div_zero = 1.0f / 0.0f;
float log_zero = (float)Math.log(0.0);
// Double check that they are actually NaNs.
assert Float.isNaN(nan);
assert Float.isNaN(zero_div_zero);
assert Float.isNaN(sqrt_negative);
assert Float.isNaN(inf_minus_inf);
assert Float.isNaN(inf_times_zero);
assert Float.isNaN(quiet_nan1);
assert Float.isNaN(quiet_nan2);
assert Float.isNaN(signaling_nan1);
assert Float.isNaN(signaling_nan2);
assert Float.isNaN(nan_minus);
assert Float.isNaN(log_negative);
// Double check that they are infinities.
assert Float.isInfinite(positive_inf);
assert Float.isInfinite(negative_inf);
assert !Float.isNaN(positive_inf);
assert !Float.isNaN(negative_inf);
assert one_div_zero == positive_inf;
assert log_zero == negative_inf;
// Double check infinities.
// See what they look like.
System.out.printf("nan 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(nan ), nan );
System.out.printf("zero_div_zero 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(zero_div_zero ), zero_div_zero );
System.out.printf("sqrt_negative 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(sqrt_negative ), sqrt_negative );
System.out.printf("log_negative 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(log_negative ), log_negative );
System.out.printf("inf_minus_inf 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(inf_minus_inf ), inf_minus_inf );
System.out.printf("inf_times_zero 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(inf_times_zero), inf_times_zero);
System.out.printf("quiet_nan1 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(quiet_nan1 ), quiet_nan1 );
System.out.printf("quiet_nan2 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(quiet_nan2 ), quiet_nan2 );
System.out.printf("signaling_nan1 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(signaling_nan1), signaling_nan1);
System.out.printf("signaling_nan2 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(signaling_nan2), signaling_nan2);
System.out.printf("nan_minus 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(nan_minus ), nan_minus );
System.out.printf("positive_inf 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(positive_inf ), positive_inf );
System.out.printf("negative_inf 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(negative_inf ), negative_inf );
System.out.printf("one_div_zero 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(one_div_zero ), one_div_zero );
System.out.printf("log_zero 0x%08x %f\n", Float.floatToRawIntBits(log_zero ), log_zero );
// NaN comparisons always fail.
// Therefore, all tests that we will do afterwards will be just isNaN.
assert !(1.0f < nan);
assert !(1.0f == nan);
assert !(1.0f > nan);
assert !(nan == nan);
// NaN propagate through most operations.
assert Float.isNaN(nan + 1.0f);
assert Float.isNaN(1.0f + nan);
assert Float.isNaN(nan + nan);
assert Float.isNaN(nan / 1.0f);
assert Float.isNaN(1.0f / nan);
assert Float.isNaN((float)Math.sqrt((double)nan));
}
}
GitHub aguas arriba .
Corre con:
javac Nan.java && java -ea Nan
Salida:
nan 0x7fc00000 NaN
zero_div_zero 0x7fc00000 NaN
sqrt_negative 0xffc00000 NaN
log_negative 0xffc00000 NaN
inf_minus_inf 0x7fc00000 NaN
inf_times_zero 0x7fc00000 NaN
quiet_nan1 0x7fc00001 NaN
quiet_nan2 0x7fc00002 NaN
signaling_nan1 0x7fa00001 NaN
signaling_nan2 0x7fa00002 NaN
nan_minus 0xffc00000 NaN
positive_inf 0x7f800000 Infinity
negative_inf 0xff800000 -Infinity
one_div_zero 0x7f800000 Infinity
log_zero 0xff800000 -Infinity
Entonces de esto aprendemos algunas cosas:
operaciones flotantes extrañas que no tienen ningún resultado sensible dan NaN:
0.0f / 0.0fsqrt(-1.0f)log(-1.0f)
generar un NaN.
En C, en realidad es posible solicitar que se generen señales en tales operaciones feenableexceptpara detectarlas, pero no creo que esté expuesto en Java: ¿Por qué la división de enteros por cero 1/0 da error pero punto flotante 1 / 0.0 devuelve "Inf"?
operaciones extrañas que están en el límite de más o menos infinito, sin embargo, dan + - infinito en lugar de NaN
0.0 casi cae en esta categoría, pero probablemente el problema es que podría ir a más o menos infinito, por lo que se dejó como NaN.
si NaN es la entrada de una operación flotante, la salida también tiende a ser NaN
hay varios valores posibles de NaN 0x7fc00000, 0x7fc00001, 0x7fc00002, aunque x86_64 parece generar solamente 0x7fc00000.
NaN e infinito tienen una representación binaria similar.
Analicemos algunos de ellos:
nan = 0x7fc00000 = 0 11111111 10000000000000000000000
positive_inf = 0x7f800000 = 0 11111111 00000000000000000000000
negative_inf = 0xff800000 = 1 11111111 00000000000000000000000
| | |
| | mantissa
| exponent
|
sign
A partir de esto confirmamos lo que especifica IEEE754:
- tanto NaN como infinitos tienen exponente == 255 (todos unos)
- los infinitos tienen mantisa == 0. Por lo tanto, solo hay dos infinitos posibles: + y -, diferenciados por el bit de signo
- NaN tiene mantisa! = 0. Por lo tanto, hay varias posibilidades, excepto para mantisa == 0 que es infinito
Los NaN pueden ser positivos o negativos (bit superior), aunque esto no tiene ningún efecto en las operaciones normales.
Probado en Ubuntu 18.10 amd64, OpenJDK 1.8.0_191.