Warum erzeugt „std::pow' unerwartete Ergebnisse mit Ganzzahlen in C?

Erklärung des unerwarteten ganzzahligen mathematischen Ergebnisses mit std::pow

In C-Code kann sich die Ganzzahlarithmetik manchmal unerwartet verhalten, wenn sie mit Gleitkommazahlen kombiniert wird. Punktoperationen. Betrachten Sie den folgenden Codeausschnitt:

#include <iostream>
#include <cmath>

int main() {
    int i = 23;
    int j = 1;
    int base = 10;
    int k = 2;
    i += j * pow(base, k);
    std::cout << i << std::endl;
}

Dieser Code gibt „122“ statt der erwarteten „123“ aus. Dies liegt daran, dass std::pow() mit Gleitkommazahlen arbeitet, die keine unendliche Genauigkeit besitzen. Die Implementierung von std::pow() kann zu Ungenauigkeiten führen, die sich in Ganzzahloperationen manifestieren.

Lösung mit benutzerdefinierter Ganzzahl-Potenzfunktion

Um dieses Problem zu beheben, ist es ratsam um eine benutzerdefinierte ganzzahlige Potenzfunktion zu definieren. Diese Funktion liefert präzise Ganzzahlberechnungen. In C 11 und höher können Sie eine constexpr-Integer-Potenzfunktion definieren:

constexpr int int_pow(int b, int e)
{
    return (e == 0) ? 1 : b * int_pow(b, e - 1);
}

Leistungsoptimierung

Für eine verbesserte Leistung können Sie eine tail-rekursive Version verwenden des Funktion:

constexpr int int_pow(int b, int e, int res = 1)
{
    return (e == 0) ? res : int_pow(b, e - 1, b * res);
}

Fazit

Durch die Verwendung einer benutzerdefinierten Ganzzahlpotenzfunktion können Sie ganzzahlige Berechnungen genau durchführen und so die Genauigkeitsbeschränkungen der Gleitkommaarithmetik und -auflösung beseitigen die unerwarteten Ergebnisse, die mit std::pow() für Ganzzahloperationen auftreten.

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