C++ feholdexcept()

计算机程序中的浮点运算常常涉及近似值，这可能导致不准确和异常情况。在执行敏感的数值计算时，这些异常可能导致程序意外终止或输出不正确。C++ 编程语言提供了处理这些浮点异常的机制，以及在需要时临时关闭异常处理的函数。

控制浮点异常的一个此类函数是feholdexcept()。此函数允许保存当前的浮点环境，清除标志以暂时关闭异常，并在代码执行后恢复环境。通过隔离可能产生虚假异常的代码段，可以使程序更健壮、更容错。

feholdexcept() 函数声明在 <fenv.h> 头文件中，它允许保存和清除由其 fenv_t 环境参数指定的浮点异常标志。在禁用了异常的情况下执行完风险代码后，可以使用 fenv_setenv() 恢复以前的环境。本文将解释 feholdexcept() 函数，演示其用法，以及它如何帮助管理数值异常。

通过理解 feholdexcept() 等函数，开发人员可以在 C++ 程序中隔离不稳定的数值运算，同时保持其他部分的异常处理行为。它有助于编写正确、容错的代码，避免因不可避免的浮点不准确性而导致的意外终止。

什么是 feholdexcept 函数 ()

feholdexcept() 函数可以保存和清除当前的浮点环境，以暂时关闭浮点异常。它在 C++ 语言中的声明是：

fenv_t feholdexcept(fenv_t env);

它接受一个参数 env，一个 fenv_t 对象，用于存储现有状态。fenv_t 是在 <fenv.h> 中定义的类型，表示整个浮点环境。

在 feholdexcept() 内部，当前的异常标志会被保存到 env 参数中。这些标志指示何时引发了浮点异常，例如无效操作、除以零、溢出或其他数值错误。

可用的浮点异常包括：

• FE_DIVBYZERO - 除以零
• FE_INEXACT - 不精确结果
• FE_INVALID - 无效操作
• FE_OVERFLOW - 数值溢出
• FE_UNDERFLOW - 数值下溢

在存储了现有标志之后，feholdexcept() 会清除传递给它的指定异常标志。通常，会传递 FE_ALL_EXCEPT 来一次性清除所有标志。

在清除了标志之后，受保护段内的任何代码都不会引发异常，即使是数学上错误的运算。存储在 env 中的先前环境状态稍后可以通过调用 fenv_setenv() 来恢复，该函数会重新设置标志。这可以隔离需要宽松处理的代码段，同时在其他地方保持严格的行为。

总而言之，feholdexcept() 允许在特定代码块中关闭异常抛出，从而控制 C++ 程序中数值异常的处理位置。它有助于更好地管理浮点行为。

feholdexcept() 函数的用途

• 在敏感的数值代码中临时关闭浮点异常：在可能因不可避免的精度问题而产生异常的代码段之前调用 feholdexcept()。这可以防止程序意外终止。
• 隔离有 bug 的浮点代码：在您怀疑存在数值 bug 的代码周围使用 feholdexcept()/fenv_setenv() 来允许执行。稍后纠正时，将再次为该代码启用异常。
• 提高计算性能：异常处理会降低数学密集型程序的运行速度。feholdexcept() 可以有效地关闭非关键部分中的异常处理，以提高速度。
• 让迭代计算继续进行：某些算法可能会偶尔遇到异常，但会产生可用的中间结果。将迭代包装在 feholdexcept() 中可以允许计算完成，而不是过早终止。
• 保持周围的异常行为：通过仅在本地清除标志，feholdexcept() 保护段外部的代码将继续正常运行，并在适当的时候抛出异常。
• 实现自定义浮点异常处理：在自定义异常处理代码段周围保存和恢复环境，而不是使用 C++ 的默认机制。
• 逐步启用异常：在迁移或测试浮点代码时，暂时使用 feholdexcept()，然后“缩小”其范围以逐步修复和暴露问题。
• 降低调试复杂度：在调试期间禁用某些代码中的异常，以便独立地简化已知数值问题部分的分析。

feholdexcept() 函数的实现

让我们来看一个 C++ 程序来演示 feholdexcept() 函数。

输出

Result of division: inf
No exceptions raised during division.

说明

1. 包含必要的头文件
   1. iostream： 用于输入/输出流功能
   2. cfenv： 用于浮点环境函数，例如 feholdexcept()
   3. cmath： 包含各种数学函数。
2. 定义一个 safeDivision() 函数，它接受两个 double 类型参数（被除数和除数），并返回它们的除法结果（double 类型）。
3. 在 safeDivision() 内部：声明一个 fenv_t 对象 currentEnv，用于保存当前的浮点环境。b. 调用 fegetenv() 并传入 currentEnv 的地址。它会将当前的浮点状态保存到 currentEnv 中。
4. 执行传入参数之间的实际除法运算，并将结果存储起来。
5. 声明另一个 fenv_t 对象 newEnv。它将与 feholdexcept() 一起使用。
6. 调用 feholdexcept()，传入 newEnv 的地址。它会将当前环境保存到 newEnv 中并清除标志。
7. 使用 feclearexcept() 显式清除溢出和除以零标志。这样做是因为保存在 newEnv 中的先前环境可能因为之前的操作而设置了这些标志。我们希望在此函数内部有一个干净的环境。
8. 返回除法结果。此时，由于环境已清除，除法期间的任何浮点异常都不会生成异常。
9. 在 main() 函数中
10. 使用 feclearexcept() 清除所有浮点异常标志。
11. 定义被除数和除数值。将除数设置为 0 以引起除以零。
12. 调用 safeDivision()，它会返回结果。
13. 打印结果。
14. 使用 fetestexcept() 检查 safeDivision() 期间是否引发了任何异常。f. 根据上一步打印一条适当的消息。

程序 2

让我们来看另一个 C++ 程序来演示 feholdexcept() 函数。

输出

Exceptions raised: FE_DIVBYZERO
Exceptions raised: No exceptions found
Exceptions raised: FE_DIVBYZERO

说明

1. 包含必要的头文件 - iostream 用于 I/O，cfenv 用于浮点环境函数
2. 定义一个 displayExceptions() 函数，使用 fetestexcept() 打印任何当前引发的浮点异常
3. 在 main() 函数中
4. 声明一个 fenv_t 对象 current environment，用于保存环境
5. 使用 feraiseexcept() 显式引发一个“除以零”异常，以模拟错误
6. 第一次调用 displayExceptions() 来打印已引发的异常
7. 声明另一个 fenv_t 对象 newEnvironment
8. 调用 feholdexcept()，传入 newEnvironment 的地址。这将
   1. 将包含标志的当前环境保存到 newEnvironment 中
   2. 清除当前环境中的标志
9. 调用 displayExceptions()。此时，由于第 8 步，它将不会显示任何已引发的异常。
10. 使用 feupdateenv() 将 newEnvironment 中保存的环境恢复到当前环境中
11. 第三次调用 displayExceptions()，此时会再次显示“FE_DIVBYZERO”异常，因为环境已恢复

总结

• 引发了一个异常。
• 使用 feholdexcept() 保存和清理环境
• 之后，代码执行时没有引发异常。
• 最后，通过指针恢复了原始环境，同时也恢复了异常。

这表明 feholdexcept() 可以在需要时临时禁用和恢复异常处理。

结论

feholdexcept() 函数为 C++ 开发人员在执行数值计算时提供了对浮点异常处理的精细控制。通过在保存环境后清除标志，可以在敏感或不稳定的计算期间局部禁用异常，使代码能够继续执行而不是突然终止。之后，可以使用 fenv_setenv() 恢复原始状态，以便程序的其余部分正常运行。这种方法可以隔离有问题的数学代码，并限制宽松异常的范围，同时在其他部分保持严格的行为。总之，feholdexcept() 及相关函数使用户能够更好地管理不可避免的浮点不准确性和异常。它们有助于编写正确、容错的数值代码，以处理偶尔的异常而不会中断。通过明智地利用这些环境控制机制，C++ 程序可以变得更加健壮，为当今复杂的计算挑战做好生产准备。