C++(STL):06---数值的极值（numeric_limits类）

一、数值的极值概述

• 数值类型有着与平台相依的极值
• C++标准规定了各种类型必须保证的最小精度。这些最小值如下图所示：
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二、numeric_limits

• 传统C语言使用预处理器常量来决定数值的极值，其中整数常量定义于<climits>或<limits.h>中，浮点常量定义于<cfloat>或<float.h>中
• C++标准库定义一个template numeric_limits来提供这些常值
• 使用numeric_limits有优点：

• 第一个是提供更好的类型安全性
• 第二个是程序员可以借此写出一些template以核定这些极值

• 使用numeric_limits可以很轻松的写出跨平台的程序

三、numeric_limits的实现

• numeric_limits实现有两种：

• 一种是通用性的模板，其提供很多接口，是每个类型都共用的
• 一种是特化版本的，每特定的类型特例化 

• 这里把成员is_specialized设为false，意思为对于类型T而言，不存在所谓的极值

特化版本的numeric_limits

• 各具体类型的极值，由特化版本提供。定义如下：

namespace std {
// numeric limits for int 
template<> class numeric_ limits<int> {
public:
// yes, a specialization for numeric limits of int does exist static constexpr bool is_ specialized = true;
static constexpr int min() noexcept {
return -2147483648;
}
static constexpr int max() noexcept {
return 2147483647 ;
}
static constexpr int digits = 31;
};

• 这里把is_specialized设为true，所有其他成员都根据特定类型的具体极值而设定
• 特化版本涵盖所有数值基础类型，包括：bool、char、signed char、unsigned char、char16_t、char32_t、wchar_t、short、unsigned short、int、unsigned int、long、unsigned long、long long、unsigned long long、float、double、long double
• 当然你也可以为自己定义的数值类型定义一份特例化 

四、numeric_limits提供的操作

• numeric_limits定义在<limits>头文件中，下图列出了所有成员及其意义，最右侧对应的是C常量
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• C++11前并不提供lowest()和max_digits10，且所有成员函数不提供noexcept

所有成员都是constexpr的

• 从C++11起，所有成员都被声明为constexpr的
• 例如你可以在需要编译期表达式的地方使用max()：

1. static const int ERROR_VALUE = std::numeric_limits<int>::max();
2. float a[std::numeric_limits<short>::max()];

round_style、has_denorm

• round_style的值如下图所示：

五、numeric_limits使用示例

演示案例1

• 查看各种数据类型的最大值

1. cout << "max(short)" << numeric_limits<short>::max() << endl;
2. cout << "max(int)" << numeric_limits<int>::max() << endl;
3. cout << "max(long)" << numeric_limits<long>::max() << endl << endl;
4. 
   
5. cout << "max(float)" << numeric_limits<float>::max() << endl;
6. cout << "max(double)" << numeric_limits<double>::max() << endl;
7. cout << "max(long double)" << numeric_limits<long double>::max() << endl << endl;

• x64编译器下结果如图所示 

max(short)32767
max(int)2147483647
max(long)2147483647
max(float)3.40282e+38 
max(double)1.79769e+308 
max(long double)1.79769e+308

演示案例2

•  下面查看char类型是否带有正负号，string类型是否带有极值

cout << boolalpha;
cout << "is_signed(char)" <<
numeric_limits<char>::is_signed << endl;
cout << "is_specialized(string)" <<
numeric_limits<string>::is_specialized << endl;

is_signed(char)true 
is_specialized(string)false