检查 NaN 数据值 (C/C++/Python 实现)

　　NaN 是 Not a Number 的缩写．它是一个数值类型值，通常在浮点计算中，表示未定义或无法表示的值．而且，不能直接使用相等运算符 (==) 检查 NaN．由于在程序中，nan == nan (C/C++/Python) 或 nan is nan (Python) 总是返回 0 或 False．因此，除了采用库函数外，往往可以利用这个性质检查某个数值是否为 NaN．下面介绍如何采用库函数检查 NaN 值：

C/C++ 实现

在 C/C++ 中，采用 math.h 标准函数库中的 isnan 宏或函数检查 nan 值，具体示例代码如下：

C 代码 test-nan.c

/* isnan example */
#include <stdio.h>      /* printf */
#include <math.h>       /* isnan, sqrt */

int main()
{
  printf ("isnan(0.0)       : %d
",isnan(0.0));
  printf ("isnan(1.0/0.0)   : %d
",isnan(1.0/0.0));
  printf ("isnan(-1.0/0.0)  : %d
",isnan(-1.0/0.0));
  printf ("isnan(sqrt(-1.0)): %d
",isnan(sqrt(-1.0)));
  return 0;
}

编译和运行结果，如下所示

$ gcc test-nan.c -lm
$ ./a.out
isnan(0.0)       : 0
isnan(1.0/0.0)   : 0
isnan(-1.0/0.0)  : 0
isnan(sqrt(-1.0)): 1

C++ 代码 test-nan.cpp

/* isnan example */
#include <cmath>       /* isnan, sqrt */
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
  cout << "isnan(0.0)       : " << isnan(0.0) << endl;
  cout << "isnan(1.0/0.0)   : " << isnan(1.0/0.0) << endl;
  cout << "isnan(-1.0/0.0)  : " << isnan(-1.0/0.0) << endl;
  cout << "isnan(sqrt(-1.0)): " << isnan(sqrt(-1.0)) << endl;

  return 0;
}

编译和运行结果，如下所示

$ g++ test-nan.cpp 
$ ./a.out
isnan(0.0)       : 0
isnan(1.0/0.0)   : 0
isnan(-1.0/0.0)  : 0
isnan(sqrt(-1.0)): 1

如果在编译时增加 -std=c++11 ，采用C++ 2011标准编译程序，可能会出现如下错误：

$ g++ test-nan.cpp -std=c++11
...
error: call of overloaded ‘isnan(double)’ is ambiguous
...

一个简单的解决方法是在所有的 isnan 宏或函数前，增加域操作符( :: )，修改后的示例代码如下：

/* isnan example */
#include <cmath>       /* isnan, sqrt */
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
  cout << "isnan(0.0)       : " << ::isnan(0.0) << endl;
  cout << "isnan(1.0/0.0)   : " << ::isnan(1.0/0.0) << endl;
  cout << "isnan(-1.0/0.0)  : " << ::isnan(-1.0/0.0) << endl;
  cout << "isnan(sqrt(-1.0)): " << ::isnan(sqrt(-1.0)) << endl;

  return 0;
}

保存后，重新编译运行即可．

Python 实现

Python 采用 numpy 数值数学库函数 np.isnan 检查 nan 值，示例代码 test-nan.py 如下：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf8 -*-
# author: klchang
from __future__ import print_function

import numpy as np

print ("isnan(0.0)       : ", np.isnan(0.0))
print ("isnan(1.0/0.0)   : ", np.isnan(np.true_divide(1.0, 0.0)))
print ("isnan(-1.0/0.0)  : ", np.isnan(np.true_divide(-1.0, 0.0)))
print ("isnan(sqrt(-1.0)): ", np.isnan(np.sqrt(-1.0)))

运行输出结果，如下：

$ python test-nan.py
isnan(0.0)       :  False
...: RuntimeWarning: divide by zero encountered in true_divide
  print ("isnan(1.0/0.0)   : ", np.isnan(np.true_divide(1.0, 0.0)))
isnan(1.0/0.0)   :  False
...: RuntimeWarning: divide by zero encountered in true_divide
  print ("isnan(-1.0/0.0)  : ", np.isnan(np.true_divide(-1.0, 0.0)))
isnan(-1.0/0.0)  :  False
...: RuntimeWarning: invalid value encountered in sqrt
  print ("isnan(sqrt(-1.0)): ", np.isnan(np.sqrt(-1.0)))
isnan(sqrt(-1.0)):  True

参考资料

1. isnan macro/function - <cmath> reference. http://www.cplusplus.com/reference/cmath/isnan/

2. NaN - Wikipedia, the free encyclopedia. https://en.wikipedia.org/wiki/NaN

3. numpy isnan - NumPy Manual. https://docs.scipy.org/doc/numpy/reference/generated/numpy.isnan.html

4. Why is isnan ambigous and how to avoid it? - stackoverflow. https://stackoverflow.com/questions/33770374/why-is-isnan-ambiguous-and-how-to-avoid-it