<cmath> 在 C++14 / C++11 的 <math.h> 中隐藏 isnan？

Question

我这里有一个小测试应用程序，它使用来自<math.h> 的isnan：

#include <iostream>
#include <math.h>

int main()
{
    double d = NAN;

    std::cout << isnan(d) << '\n';

    return 0;
}

在 3 种不同的标准下构建和运行：

$ g++ -std=c++98 main.cpp; ./a.out
1

$ g++ -std=c++11 main.cpp; ./a.out
1

$ g++ -std=c++14 main.cpp; ./a.out
1

现在我们还包括<cmath>，并同时使用isnan 和std::isnan 进行测试：

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <math.h>

int main()
{
    double d = NAN;

    std::cout << std::isnan(d) << '\n';
    std::cout << isnan(d) << '\n';

    return 0;
}

构建并运行：

C++98 作品

$ g++ -std=c++98 main.cpp; ./a.out
1
1

C++11 和 C++14 没有，找不到isnan。

$ g++ -std=c++11 main.cpp
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:10:25: error: ‘isnan’ was not declared in this scope
     std::cout << isnan(d) << '\n';
                         ^
main.cpp:10:25: note: suggested alternative:
In file included from main.cpp:3:0:
/usr/include/c++/5/cmath:641:5: note:   ‘std::isnan’
     isnan(_Tp __x)
     ^

$ g++ -std=c++14 main.cpp
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:10:25: error: ‘isnan’ was not declared in this scope
     std::cout << isnan(d) << '\n';
                         ^
main.cpp:10:25: note: suggested alternative:
In file included from main.cpp:3:0:
/usr/include/c++/5/cmath:641:5: note:   ‘std::isnan’
     isnan(_Tp __x)
     ^

请注意，包含的顺序并不重要。如果我在<math.h> 之前或之后包含<cmath>，结果是一样的。

问题

• 为什么isnan 不见了？
• 无需返回并更改旧代码以在新标准下编译，有什么办法可以解决这个问题吗？

Answer 1

简单总结一下相关点，大多来自Jonathan Wakely's excellent blog post：

• glibc math.h 声明了与 C99/C++11 版本 (bool isnan(double);) 不兼容的过时 X/Open int isnan(double);。
• glibc 2.23 的 math.h 通过不在 C++11 或更高版本中声明 isnan 函数来解决此问题。
• 它们仍然定义了一个isnan 宏。 #include <cmath> 按照 C++ 标准的要求核对该宏。
• GCC 6 的 libstdc++ 提供了自己特殊的 math.h 标头，该标头在全局命名空间中声明了一个 bool isnan(double);（除非 libc math.h 声明了过时的签名），并且还按照标准的要求对宏进行了核对。
• 在 GCC 6 之前，#include <math.h> 仅包含来自您的 libc 的标头，因此宏不会被核化。
• #include <cmath> 总是核对宏。

净结果，在 C++11 模式下：

glibc <  2.23, GCC <  6: <math.h> uses the macro; <cmath> uses obsolete signature
glibc >= 2.23, GCC <  6: <math.h> uses the macro; <cmath> results in error
glibc <  2.23, GCC >= 6: <math.h> and <cmath> use obsolete signature
glibc >= 2.23, GCC >= 6: <math.h> and <cmath> use standard signature

Answer 2

如果你从 GCC 内部查看 <cmath>，它有：

. . .
#include <math.h>
. . .
#undef isnan

这就是顺序无关紧要的原因 - 每当您 #include <cmath>、<math.h> 被自动包含并且其内容（部分）被删除时。

由于#ifndef _MATH_H，尝试再次包含它将无效。

---

现在，标准对这种行为有什么看法？

[depr.c.headers]:

... 每个 C 标头，每个 其中有一个name.h 形式的名称，表现得好像每个名称都放置了 在标准库命名空间中，对应的 cname 标头是 放置在全局命名空间范围内。未指定是否 这些名称首先在命名空间范围内声明或定义 ([basic.scope.namespace]) 命名空间std 然后被注入 通过显式 using-declarations 进入全局命名空间范围 ([namespace.udecl])。

[ 示例：标题<cstdlib> 确实提供了它的声明 和命名空间std 中的定义。它可能还提供这些 全局命名空间中的名称。标头<stdlib.h>肯定 在全局范围内提供相同的声明和定义 命名空间，就像在 C 标准中一样。它还可能提供这些名称 在命名空间std 内。 —结束示例]

所以<cmath> 在全局命名空间中不提供isnan 是可以的。

但是当两个都包含在一个编译单元中时会发生什么是一个灰色地带，尽管有人可能会争辩说上面的陈述暗示两个版本必须互操作，在在这种情况下，这将是 GCC/libstdc++（某些版本）中的错误。

Answer 3

math.h 中的很多函数实际上都是宏。由于这不是惯用的 C++ 标头 cmath 包含以下代码：

    ...
    #undef isinf
    #undef isnan
    #undef isnormal
    ...

然后将所有未定义的宏实现为namespace std 中的函数。至少对于 gcc 6.1.1 是这样。这就是为什么你的编译器找不到isnan。