浮動小数点の精度問題を防ぐC言語実践テクニック【float.h活用】

#include <stdio.h>
#include <float.h>

int main(void) {
    float  f = 1.0f / 3.0f;
    double d = 1.0  / 3.0;

    // FLT_DIG, DBL_DIGを表示
    printf("FLT_DIG  = %d\n", FLT_DIG);
    printf("DBL_DIG  = %d\n", DBL_DIG);

    // 安全とされる桁数(有効数字)で表示
    printf("\nfloat を FLT_DIG 桁で表示:\n");
    // %.6g のように、%g は有効数字の桁数指定になる
    printf("f = %.*g\n", FLT_DIG, f);

    printf("\ndouble を DBL_DIG 桁で表示:\n");
    printf("d = %.*g\n", DBL_DIG, d);

    // あえてDIGを超える桁数で表示してみる
    printf("\nDIG を超える桁数での表示例:\n");
    printf("float  (15桁) = %.15f\n", f);
    printf("double (20桁) = %.20f\n", d);

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    float a = 0.1f * 3.0f;  // 0.3 のつもり
    float b = 0.3f;

    printf("a = %.10f\n", a);
    printf("b = %.10f\n", b);

    if (a == b) {
        printf("a == b です\n");
    } else {
        printf("a != b です\n");
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    float a = 0.1f;
    float b = 0.0f;

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        b += 0.1f;  // 0.1 を3回足して 0.3 のつもり
    }

    printf("a*3 = %.10f\n", a * 3.0f);
    printf("b   = %.10f\n", b);

    if (a * 3.0f == b) {
        printf("a*3 == b です\n");
    } else {
        printf("a*3 != b です\n");
    }

    return 0;
}

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

// float用の「ほぼ等しい」判定関数
int float_almost_equal(float x, float y) {
    // 絶対値の差が、floatのEPSILONの数倍以内なら等しいとみなす
    float diff = fabsf(x - y);
    float eps  = FLT_EPSILON * 10.0f;  // 安全側にやや広げる

    return diff <= eps;
}

// double用の「ほぼ等しい」判定関数(参考)
int double_almost_equal(double x, double y) {
    double diff = fabs(x - y);
    double eps  = DBL_EPSILON * 10.0;

    return diff <= eps;
}

int main(void) {
    float a = 0.1f;
    float b = 0.0f;

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        b += 0.1f;
    }

    float c = a * 3.0f;

    printf("b = %.10f\n", b);
    printf("c = %.10f\n", c);

    printf("\n単純な比較:\n");
    printf("b == c ? %s\n", (b == c) ? "true" : "false");

    printf("\nEPSILON を用いた比較:\n");
    printf("float_almost_equal(b, c) ? %s\n",
           float_almost_equal(b, c) ? "true" : "false");

    return 0;
}

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

int main(void) {
    float x = FLT_MAX / 2.0f;
    float y = 3.0f;

    printf("FLT_MAX = %e\n", FLT_MAX);
    printf("x       = %e\n", x);
    printf("y       = %e\n", y);

    // 掛け算の前にオーバーフローしないかを判定
    if (fabsf(x) > FLT_MAX / fabsf(y)) {
        printf("\n警告: x * y はオーバーフローする可能性があります\n");
    } else {
        float z = x * y;
        printf("\nz = x * y = %e\n", z);
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <float.h>

// float 用の標準フォーマット(有効数字ベース)
void print_float_auto(float x) {
    printf("%.*g", FLT_DIG, x);
}

// double 用の標準フォーマット
void print_double_auto(double x) {
    printf("%.*g", DBL_DIG, x);
}

int main(void) {
    float  f = 1.0f / 7.0f;
    double d = 1.0  / 7.0;

    printf("float  : ");
    print_float_auto(f);
    printf("\n");

    printf("double : ");
    print_double_auto(d);
    printf("\n");

    return 0;
}

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

// float 用の「ほぼゼロ」判定
int float_is_almost_zero(float x) {
    return fabsf(x) <= FLT_EPSILON;
}

int main(void) {
    float x = 1.0f;
    for (int i = 0; i < 30; i++) {
        x /= 2.0f;  // 何度も2で割ると、やがて非常に小さな値になる
    }

    printf("x = %.30f\n", x);

    if (x == 0.0f) {
        printf("x は 0.0f と完全に等しい\n");
    } else {
        printf("x は 0.0f ではない(ビット的には非ゼロ)\n");
    }

    if (float_is_almost_zero(x)) {
        printf("float_is_almost_zero(x) によれば、ほぼゼロとみなせます\n");
    } else {
        printf("float_is_almost_zero(x) によれば、まだゼロとはみなせません\n");
    }

    return 0;
}

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

int main(void) {
    double big  = 1e12;
    double sum1 = big;
    double sum2 = 0.0;

    // small を何度も big に直接加算
    double small = 1.0;
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        sum1 += small;
    }

    // small 同士を先にまとめてから big に加算
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        sum2 += small;
    }
    sum2 += big;

    printf("sum1 (big に直接 small を加算) = %.0f\n", sum1);
    printf("sum2 (small 同士を先に加算)   = %.0f\n", sum2);

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <float.h>

void print_float_env_info(void) {
    printf("=== float / double 環境情報 ===\n");
    printf("float : DIG = %d, EPSILON = %e, MIN = %e, MAX = %e\n",
           FLT_DIG, FLT_EPSILON, FLT_MIN, FLT_MAX);
    printf("double: DIG = %d, EPSILON = %e, MIN = %e, MAX = %e\n",
           DBL_DIG, DBL_EPSILON, DBL_MIN, DBL_MAX);
    printf("================================\n");
}

int main(void) {
    print_float_env_info();
    return 0;
}