C语言标准库＜math.h＞和＜setjmp.h＞的实现

<math.h>

简介

<math.h> 是 C 标准库中的一个头文件，主要提供了数学运算相关的函数和宏定义。它允许您在 C 程序中执行各种常见的数学计算，如三角函数、对数、指数、幂运算等。

库宏

下面是这个库中定义的唯一的一个宏：

HUGE_VAL 是 <math.h> 头文件中定义的一个宏，用于表示一个特定的很大的值。当数学函数的结果无法表示为浮点数时，可以使用 HUGE_VAL 来表示超出范围的结果。

具体来说，如果函数的结果幅度太大以至于无法表示，则函数会将 errno 设置为 ERANGE，表示范围错误，并返回 HUGE_VAL 或 -HUGE_VAL。这允许您判断函数是否返回了一个超出可表示范围的值。

另一方面，如果函数的结果幅度太小，则可能会返回零值。在这种情况下，errno 可能被设置为 ERANGE，也可能不被设置为 ERANGE。因此，在使用数学函数并处理其返回值时，需要注意检查 errno 的值是否指示了错误。

总之，HUGE_VAL 宏对于处理超出可表示范围的数值是非常有用的，可以帮助进行错误处理和边界检查。

库函数

下面列出了头文件 math.h 中定义的函数：

double acos(double x)：返回以弧度表示的 x 的反余弦。
double asin(double x)：返回以弧度表示的 x 的反正弦。
double atan(double x)：返回以弧度表示的 x 的反正切。
double atan2(double y, double x)：返回以弧度表示的 y/x 的反正切。y 和 x 的值的符号决定了正确的象限。
double cos(double x)：返回弧度角 x 的余弦。
double cosh(double x)：返回 x 的双曲余弦。
double sin(double x)：返回弧度角 x 的正弦。
double sinh(double x)：返回 x 的双曲正弦。
double tanh(double x)：返回 x 的双曲正切。
double exp(double x)：返回 e 的 x 次幂的值。
double frexp(double x, int *exponent)：把浮点数 x 分解成尾数和指数。返回值是尾数，并将指数存入 exponent 中。所得的值是 x = mantissa * 2 ^ exponent。
double ldexp(double x, int exponent)：返回 x 乘以 2 的 exponent 次幂。
double log(double x)：返回 x 的自然对数（基数为 e 的对数）。
double log10(double x)：返回 x 的常用对数（基数为 10 的对数）。
double modf(double x, double *integer)：返回值为小数部分（小数点后的部分），并设置 integer 为整数部分。
double pow(double x, double y)：返回 x 的 y 次幂。
double sqrt(double x)：返回 x 的平方根。
double ceil(double x)：返回大于或等于 x 的最小的整数值。
double fabs(double x)：返回 x 的绝对值。
double floor(double x)：返回小于或等于 x 的最大的整数值。
double fmod(double x, double y)：返回 x 除以 y 的余数。

实例

以下是一个简单的代码示例，展示了如何使用 <math.h> 头文件中的一些函数来进行数学计算：

#include <stdio.h>
#include <math.h>  // 引入 math.h 头文件
 
int main() {
    double x = 1.5;
    double y = 2.7;
 
    // 计算 x 的双曲正弦值和反正切值
    double sinh_x = sinh(x);
    double atan_x = atan(x);
 
    // 计算 x 的立方根和以 2 为底的对数
    double cbrt_x = cbrt(x);
    double log2_x = log2(x);
 
    // 计算 y 的向下取整值和 x 与 y 的余数
    double floor_y = floor(y);
    double fmod_xy = fmod(x, y);
 
    // 打印计算结果
    printf("sinh(%.2f) = %.2f\n", x, sinh_x);
    printf("atan(%.2f) = %.2f\n", x, atan_x);
    printf("cbrt(%.2f) = %.2f\n", x, cbrt_x);
    printf("log2(%.2f) = %.2f\n", x, log2_x);
    printf("floor(%.2f) = %.2f\n", y, floor_y);
    printf("%.2f %% %.2f = %.2f\n", x, y, fmod_xy);
 
    return 0;
}

需要注意的是，这些函数在使用的时候需要特别小心，因为它们有可能会产生一些异常情况（例如超出计算机数值范围等）。

让我们编译和运行上面的程序，这将产生下列结果：

sinh(1.50) = 2.13
atan(1.50) = 0.98
cbrt(1.50) = 1.14
log2(1.50) = 0.58
floor(2.70) = 2.00
1.50 % 2.70 = 1.50

<setjmp.h>

简介

<setjmp.h> 是 C 标准库中的一个头文件，提供了一种非局部跳转的机制，允许程序在一个函数中设置一个跳转点，并在另一个函数中跳转到该点。

库变量

<setjmp.h> 头文件并没有定义任何变量。只定义了 jmp_buf 类型作为 setjmp 和 longjmp 函数的参数类型。jmp_buf 是一个用于存储跳转点信息的数组类型，具体的实现细节是未定义的，通常被编译器实现为一个足够大的数组。

请注意，虽然 <setjmp.h> 中没有定义变量，但您可以在程序中创建自己的 jmp_buf 变量，并将其传递给 setjmp 和 longjmp 函数来实现非局部跳转的功能。

库函数

<setjmp.h> 头文件中定义了两个函数：setjmp 和 longjmp，用于实现非局部跳转和异常处理机制。

1、int setjmp(jmp_buf env) 函数

该函数将调用它的地方的当前执行状态保存在 env 中，并返回 0。如果 setjmp 是由 longjmp 跳转回来的，则返回一个非零值。

2、void longjmp(jmp_buf env, int val) 函数

该函数根据传递的 env 参数，恢复相应的执行状态，并跳转到相应的位置。val 参数是返回到 setjmp 的返回值。
这两个函数一起提供了非常有用的异常处理机制，通常用于处理错误或异常情况，以及在程序中实现类似于异常处理的功能。

使用 <setjmp.h> 头文件时，需要注意以下几点：

• setjmp 和 longjmp 必须在同一个函数调用链中使用，而且 setjmp 必须在 longjmp 之前调用。
• jmp_buf 类型是一个数组类型，它存储了用于保存执行状态的信息。然而，具体的实现细节是未定义的，因此不能直接访问 jmp_buf 的成员。
• 使用 setjmp 和 longjmp 时应谨慎，因为它们会导致程序的控制流程变得复杂，并且可能使代码更难理解和维护。

需要注意的是，<setjmp.h> 头文件提供了一种非常底层的编程机制，一般情况下并不推荐频繁使用。

实例

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
 
jmp_buf exception_env; // 用于保存执行状态的全局变量
 
void handle_exception() {
    printf("捕获到异常，进行异常处理\n");
}
 
void do_something_dangerous(int input) {
    if (input < 0) {
        longjmp(exception_env, 1); // 跳转到异常处理代码
    } else {
        printf("正常处理输入：%d\n", input);
    }
}
 
int main() {
    if (setjmp(exception_env) == 0) { // 设置异常跳转点
        // 正常情况
        do_something_dangerous(10);
        do_something_dangerous(-5); // 这里会触发异常
        do_something_dangerous(20); // 这里不会执行
    } else {
        // 异常处理
        handle_exception();
    }
 
    return 0;
}

让我们编译并运行上面的程序，这将产生以下结果：

正常处理输入：10
捕获到异常，进行异常处理

这个示例中定义了一个全局的 jmp_buf 类型的变量 exception_env，用于保存执行状态。在 main 函数中，通过 setjmp 设置了一个异常跳转点，并在 do_something_dangerous 函数中对输入进行判断，如果输入小于 0，则调用 longjmp 跳转到异常处理代码。在跳转回来后，程序可以进行相应的异常处理。

需要注意的是，setjmp 和 longjmp 是比较底层的机制，使用时需要特别小心，因为它们会使程序的控制流程变得复杂，也容易引入难以调试的错误。

到此这篇关于C语言标准库＜math.h＞和＜setjmp.h＞的实现的文章就介绍到这了,更多相关C语言 ＜math.h＞和＜setjmp.h＞内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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