C言語のべき乗をpowで計算する方法と注意点(math.h)

// powの最小例: 2の10乗を表示
#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    double result = pow(2.0, 10.0); // 2^10
    printf("2^10 = %.0f\n", result);
    return 0;
}

# GCC/Clang (Linux, macOSなど): -lmは末尾に付けるのが安全
gcc main.c -o pow_sample -lm
./pow_sample

# Clangの例
clang main.c -o pow_sample -lm
./pow_sample

# Windows (MSVC)
cl /W4 /EHsc main.c
.\main.exe

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

int main(void) {
    double a = pow(2.0, 5.0);    // 2^5 = 32
    double b = pow(2.0, -3.0);   // 2^-3 = 1/8 = 0.125
    double c = pow(9.0, 0.5);    // 9^(1/2) = sqrt(9) = 3

    printf("2^5   = %.0f\n", a);
    printf("2^-3  = %.3f\n", b);
    printf("9^0.5 = %.1f\n", c);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    // いずれも内部的にはdouble演算です
    double x = pow(2, 10);     // intリテラル -> doubleへ変換
    double y = pow(2.0, 10.0); // こちらは明示的にdouble

    printf("pow(2, 10)   = %.0f\n", x);
    printf("pow(2.0, 10) = %.0f\n", y);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    // 典型例: 2^10 は厳密に1024なので問題なし
    double d1 = pow(2.0, 10.0);
    int i1 = (int)d1; // 小数部分がなければそのまま
    printf("2^10 -> (int)%d\n", i1);

    // 注意例: 8^(1/3) は理論上2だが、powは1.999999...になる可能性
    double d2 = pow(8.0, 1.0/3.0);
    int i2_trunc = (int)d2;          // 切り捨て -> 1 になるかもしれない
    long long i2_round = llround(d2); // 最も近い整数へ丸め -> 2 になることを期待
    printf("8^(1/3) = %.15f, (int) = %d, llround = %lld\n", d2, i2_trunc, i2_round);

    // 安全のための範囲チェック: 丸める前に範囲を確認
    double big = pow(10.0, 12.0); // 1e12 は long long に収まる
    if (isfinite(big) && fabsl(big) <= (long double)LLONG_MAX) {
        long long safely = llround(big);
        printf("1e12 を llround -> %lld\n", safely);
    } else {
        printf("結果が整数型に収まりません\n");
    }
    return 0;
}

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

int main(void) {
    double of = pow(10.0, 400.0);   // オーバーフロー -> +Inf
    double uf = pow(10.0, -400.0);  // アンダーフロー -> 0
    double e2 = pow(2.0, 1024.0);   // 2^1024 も通常は +Inf

    printf("10^400 = %f, isinf = %d\n", of, isinf(of) != 0);
    printf("10^-400 = %.1e\n", uf);
    printf("2^1024 = %f, isinf = %d\n", e2, isinf(e2) != 0);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    float xf = 1.5f, yf = 3.0f;
    float rf = powf(xf, yf); // 単精度

    double xd = 1.5, yd = 3.0;
    double rd = pow(xd, yd); // 倍精度

    long double xl = 1.5L, yl = 3.0L;
    long double rl = powl(xl, yl); // 拡張精度

    printf("powf(1.5f, 3.0f) = %.6f\n", rf);
    printf("pow(1.5,  3.0)   = %.6f\n", rd);
    printf("powl(1.5L, 3.0L) = %.6Lf\n", rl);
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 2 ^ 3; // 2 XOR 3 = 1
    printf("2 ^ 3 = %d (これはべき乗ではありません)\n", a);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    double r1 = pow(-8.0, 1.0/3.0); // 実装によってNaN
    double r2 = cbrt(-8.0);         // 立方根: -2 を返す

    printf("pow(-8, 1/3) = %f, isnan = %d\n", r1, isnan(r1) != 0);
    printf("cbrt(-8)     = %f\n", r2);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    double r = pow(0.0, -1.0); // 1 / 0.0 と同様の扱い
    printf("0^-1 = %f, isinf = %d\n", r, isinf(r) != 0);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    double v = pow(27.0, 1.0/3.0); // 3に近いが 2.999999... になる可能性
    int bad = (int)v;              // 切り捨て -> 2 になるかも
    int good = (int)lround(v);     // 丸め -> 3

    printf("27^(1/3) = %.15f, (int) = %d, lround = %d\n", v, bad, good);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    printf("2^10 = %.0f\n", pow(2.0, 10.0));
    return 0;
}

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

int main(void) {
    double ans = pow(1.5, 3.0); // 1.5^3 = 3.375
    printf("1.5^3 = %.3f\n", ans);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    double val = pow(5.0, 3.0); // 125
    int a = (int)val;           // 小数なし -> そのまま125
    int b = (int)lround(val);   // 丸めても125

    printf("5^3 = %f, (int) = %d, lround = %d\n", val, a, b);

    // 範囲に注意 (例: 2^40 はintに収まらない)
    double big = pow(2.0, 40.0); // 約1兆
    printf("2^40 = %.0f -> intにキャストするとオーバーフローの危険\n", big);
    return 0;
}

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

// 複利計算: 元本P, 年利r, 年数n -> P * (1 + r)^n
double compound(double principal, double rate, int years) {
    return principal * pow(1.0 + rate, (double)years);
}

int main(void) {
    double p = 100000.0; // 元本
    double r = 0.03;     // 年利3%
    int    n = 5;        // 5年

    double future = compound(p, r, n);
    printf("元本%.0f円が年利%.1f%%で%d年後: %.2f円\n", p, r*100, n, future);
    return 0;
}