Exemplo de execução mínima
A primeira coisa que você precisa saber é que o conceito de NaN é implementado diretamente no hardware da CPU.
Todas as principais CPUs modernas parecem seguir IEEE 754 que especifica formatos de ponto flutuante, e NaNs, que são apenas valores flutuantes especiais, fazem parte desse padrão.
Portanto, o conceito será muito semelhante em qualquer linguagem, incluindo Java, que apenas emite código de ponto flutuante diretamente para a CPU.
Antes de continuar, você pode querer ler primeiro as seguintes respostas que escrevi:
Agora, para alguma ação Java. A maioria das funções de interesse que não estão na linguagem central estão internamente 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 upstream .
Correr com:
javac Nan.java && java -ea Nan
Resultado:
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
Assim, aprendemos algumas coisas:
operações flutuantes estranhas que não têm nenhum resultado lógico fornecem NaN:
0.0f / 0.0fsqrt(-1.0f)log(-1.0f)
gerar a NaN.
Em C, é realmente possível solicitar o aumento de sinais em tais operações feenableexceptpara detectá-los, mas não acho que seja exposto em Java: Por que a divisão inteira por zero 1/0 dá erro, mas ponto flutuante 1 / 0,0 retorna "Inf"?
operações estranhas que estão no limite de mais ou menos infinito, no entanto, dão + - infinito em vez de NaN
0.0 quase cai nesta categoria, mas provavelmente o problema é que ele poderia ir para mais ou menos infinito, então foi deixado como NaN.
se NaN for a entrada de uma operação flutuante, a saída também tende a ser NaN
existem vários valores possíveis para NaN 0x7fc00000 , 0x7fc00001, 0x7fc00002, embora x86_64 parece gerar apenas 0x7fc00000.
NaN e infinito têm representação binária semelhante.
Vamos analisar alguns deles:
nan = 0x7fc00000 = 0 11111111 10000000000000000000000
positive_inf = 0x7f800000 = 0 11111111 00000000000000000000000
negative_inf = 0xff800000 = 1 11111111 00000000000000000000000
| | |
| | mantissa
| exponent
|
sign
A partir disso, confirmamos o que IEEE754 especifica:
- tanto NaN quanto infinitos têm expoente == 255 (todos uns)
- infinitos têm mantissa == 0. Existem, portanto, apenas dois infinitos possíveis: + e -, diferenciados pelo bit de sinal
- NaN tem mantissa! = 0. Portanto, existem várias possibilidades, exceto para mantissa == 0 que é infinito
Os NaNs podem ser positivos ou negativos (bit superior), embora isso não tenha efeito sobre as operações normais
Testado no Ubuntu 18.10 amd64, OpenJDK 1.8.0_191.