C安全编码之浮点数运算

1.小心浮点表达式重排

double x, y, z;
/* ... */
x = (x * y) * z; /* not equivalent to x *= y * z; */
z = (x - y) + y ; /* not equivalent to z = x; */
z = x + x * y; /* not equivalent to z = x * (1.0 + y); */
y = x / 5.0; /* not equivalent to y = x * 0.2; */

2.理解浮点异常警告
C标准提供设施对浮点变量异常情况的检测。这些异常包括除数为零和上溢/下溢。然而, 有一些警告需要注意，要正确使用它们。


转换(Conversions):将浮点数转换整数可能导致一个“无效”浮点异常,如果发生这种情况该整数的值未定义的和不应使用。
另外，它不能被假定当一个非整数浮点值转换成一个整数，会引发“不精确”的浮点异常。

3.浮点数比较

代码：

float x;
float y;
/* Intermediate calculations on x, y */
if ( fabsf(x-y) <= ( (fabsf(x) < fabsf(y) ? fabsf(y) : fabsf(x)) * FLT_EPSILON) ) {
/* values are equal. */
}
else {
/* values are non equal. */
}

FLT_EPSILON用于float类型。
它是满足 x+1.0不等于1.0的最小的正数。也就是说，所有比FLT_EPSILON小的正数x，x+1.0==1.0都是成立的。

4.调用数学函数前进行边界检测




a.acos(x),asin(x):
错误代码

float x, result;
result = acos(x)

正确代码：

float x, result;
if ( islessequal(x,-1) || isgreaterequal(x, 1) ){
/* handle domain error */
}
result = acos(x)

b.atan2(x,y)
错误代码：x,y不能为0

float x, y, result;
result = atan2(y, x)

正确代码：

float x, y, result;
if ( fpclassify(x) == FP_ZERO && fpclassify(y) == FP_ZERO){
/* handle domain error */
}
result = atan2(y, x)

c.log(x),log10(X)
错误代码：x不能小于等于0

float result, x;
result = log(x)

正确代码：

float result, x;
if (islessequal(x, 0)){
/* handle domain and range errors */
}
result = log(x)

d.pow(x,y)
错误代码：x不能为0同时Y小于等于0.

float x, y, result;
result = pow(x, y)

正确代码：

float x, y, result;
if (fpclassify(x) == FP_ZERO && islessequal(y, 0)){
/* handle domain error condition */
}
result = pow(x, y)

e.sqrt(x)
错误代码：x不能为负数

float x, result;
result = sqrt(x)

正确代码：

float x, result;
if (isless(x, 0)){
/* handle domain error */
}
result = sqrt(x)

5.整数转换成浮点数进行浮点运算
错误代码：

short a = 533;
int b = 6789;
long c = 466438237;
float d = a / 7; /* d is 76.0 */
double e = b / 30; /* e is 226.0 */
double f = c * 789; /* 由于溢出，F可能为负数 */

a/7,b/30,c*789都是进行整型运算然后转换成double。

正确代码：

short a = 533;
int b = 6789;
long c = 466438237;
float d = a / 7.0f; /* d is 76.14286 */
double e = b / 30.; /* e is 226.3 */
double f = (double)c * 789; /* f is 360*/

引入7.0f，30.，(doulbe)c来进行浮点运算操作。

正确代码2:

short a = 533;
int b = 6789;
long c = 466438237;
float d = a;
double e = b;
double f = c;
d /= 7; /* d is 76.14286 */
e /= 30; /* e is 226.3 */
f /= 789; /* f is 591176.47275 */

6.确保降级成浮点的值属于浮点范围内

C99规定：当double被降职为float或long double降级为double或float，如果被转换的值在表示的值的范围之外，该行为是未定义的。
错误代码：

long double ld;
double d1;
double d2;
float f1;
float f2;
/* initialization
f1 = (float)d1;
f2 = (float)ld;
d2 = (double)ld

d1的值已经超出了float可表示的范围，ld的值已经超出了float或double可表示的范围。

正确代码：进行范围判断

#include <float.h>
long double ld;
double d1;
double d2;
float f1;
float f2;
/* initializations */
if (d1 > FLT_MAX || d1 < -FLT_MAX) {
/* Handle error condition */
} else {
f1 = (float)d1;
}
if (ld > FLT_MAX || ld < -FLT_MAX) {
/* Handle error condition */
} else {
f2 = (float)ld;
}
if (ld > DBL_MAX || ld < -DBL_MAX) {
/* Handle error condition */
} else {
d2 = (double)ld;
}