【C言語】 pow関数の使い方入門｜べき乗計算・整数計算の落とし穴も解説

#include <math.h>

double pow(double x, double y);

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    double a = 2.0;
    double b = 3.0;
    double result = pow(a, b);  // 2.0の3乗

    printf("2.0^3.0 = %f\n", result);
    return 0;
}

gcc main.c -o main -lm

double result = pow(底, 指数);

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    // 1. 基本的な整数同士のべき乗
    double a = pow(2, 3);      // 2^3 = 8

    // 2. 実数を底にしたべき乗
    double b = pow(2.5, 2);    // 2.5^2 = 6.25

    // 3. 負の指数(逆数の計算)
    double c = pow(10, -2);    // 10^-2 = 0.01

    // 4. 小数の指数(平方根・立方根など)
    double d = pow(9, 0.5);    // 9^0.5 = 3 (平方根)
    double e = pow(8, 1.0/3);  // 8^(1/3) ≒ 2 (立方根)

    // 5. 0乗のパターン
    double f = pow(5, 0);      // 5^0 = 1

    printf("2^3      = %f\n", a);
    printf("2.5^2    = %f\n", b);
    printf("10^-2    = %f\n", c);
    printf("9^0.5    = %f\n", d);
    printf("8^(1/3)  = %f\n", e);
    printf("5^0      = %f\n", f);

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    printf("pow(5, 0)     = %f\n", pow(5, 0));      // 5^0
    printf("pow(0, 3)     = %f\n", pow(0, 3));      // 0^3
    printf("pow(-2, 3)    = %f\n", pow(-2, 3));     // (-2)^3
    printf("pow(-2, 2)    = %f\n", pow(-2, 2));     // (-2)^2
    printf("pow(-2, 0.5)  = %f\n", pow(-2, 0.5));   // (-2)^0.5

    // 0^0は避けるべきだが、動作を見るだけの例
    printf("pow(0, 0)     = %f  (実装依存)\n", pow(0, 0));

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <errno.h>

int main(void) {
    errno = 0;
    double x = pow(-2.0, 0.5);   // 本来は実数の範囲外

    if (isnan(x)) {              // NaNかどうかを判定
        printf("結果はNaNです\n");
    } else if (isinf(x)) {       // 無限大かどうかを判定
        printf("結果は無限大です\n");
    } else {
        printf("結果: %f\n", x);
    }

    if (errno != 0) {
        printf("何らかのエラーが発生しました (errno=%d)\n", errno);
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    for (int i = 1; i <= 15; i++) {
        double d = pow(3, i);        // 3^i をdoubleで計算
        int    n = (int)d;           // intにキャスト

        printf("i=%2d: pow(3,%d)=%f, (int)=%d\n", i, i, d, n);
    }
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

/*
 * nが10^k(10のべき乗)かどうかを判定するつもりの関数
 * 実際には誤判定を起こしうる危険な例です。
 */
int is_power_of_10(int n) {
    for (int k = 0; k <= 9; k++) {
        int p = (int)pow(10, k);  // 10^k を計算
        if (p == n) {
            return 1;             // 一致したらtrue
        }
    }
    return 0;
}

int main(void) {
    for (int x = 1; x <= 1000000000; x *= 10) {
        printf("%d: %s\n", x, is_power_of_10(x) ? "OK" : "NG");
    }
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    double d = pow(10, 10);  // doubleとしてはOK
    int    x = (int)d;       // intにキャスト(オーバーフローの危険)

    printf("double: %f\n", d);
    printf("int   : %d  (未定義動作の可能性)\n", x);

    return 0;
}

#include <stdio.h>

/*
 * base^exp を整数として計算する単純な関数
 * expは0以上と仮定します。
 */
int int_pow_loop(int base, int exp) {
    int result = 1;
    for (int i = 0; i < exp; i++) {
        result *= base;
    }
    return result;
}

int main(void) {
    for (int e = 0; e <= 10; e++) {
        int x = int_pow_loop(2, e);
        printf("2^%d = %d\n", e, x);
    }
    return 0;
}

#include <stdio.h>

/*
 * base^exp を long long で計算する単純な関数
 * expは0以上とします。
 * オーバーフロー検出は行っていません。
 */
long long ll_pow_simple(long long base, int exp) {
    long long result = 1;
    for (int i = 0; i < exp; i++) {
        result *= base;
    }
    return result;
}

int main(void) {
    for (int e = 0; e <= 10; e++) {
        long long x = ll_pow_simple(3, e);
        printf("3^%d = %lld\n", e, x);
    }
    return 0;
}

#include <stdio.h>

/*
 * base^exp を long long で計算する二分累乗法の実装例です。
 * expは0以上とします。
 */
long long ll_pow_fast(long long base, long long exp) {
    long long result = 1;
    long long x = base;
    long long e = exp;

    while (e > 0) {
        if (e & 1) {
            // eの最下位ビットが1なら結果にxを掛ける
            result *= x;
        }
        x *= x;       // 底を二乗していく
        e >>= 1;      // 指数を1ビット右シフト(2で割る)
    }
    return result;
}

int main(void) {
    long long base = 2;
    for (int e = 0; e <= 20; e++) {
        long long x = ll_pow_fast(base, e);
        printf("%lld^%d = %lld\n", base, e, x);
    }
    return 0;
}

#include <stdio.h>

/*
 * 2のべき乗をビットシフトで計算する例です。
 */
int main(void) {
    for (int n = 0; n <= 10; n++) {
        int x = (1 << n);  // 2^n に相当
        printf("2^%d = %d\n", n, x);
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    float       xf = 2.0f, yf = 3.0f;
    double      xd = 2.0,  yd = 3.0;
    long double xl = 2.0L, yl = 3.0L;

    float       rf = powf(xf, yf);    // float版
    double      rd = pow(xd, yd);     // double版
    long double rl = powl(xl, yl);    // long double版

    printf("powf : %f\n", rf);
    printf("pow  : %f\n", rd);
    printf("powl : %Lf\n", rl);

    return 0;
}