fpectl — Управление исключениями при работе с плавающей точкой

Большинство компьютеров выполняют операции с плавающей точкой в соответствии со стандартом IEEE-754. На любом реальном компьютере некоторые операции с плавающей точкой дают результаты, которые нельзя выразить как обычное значение с плавающей точкой. Например, попробуйте

>>> import math
>>> math.exp(1000)
inf
>>> math.exp(1000) / math.exp(1000)
nan

(Приведённый выше пример будет работать на многих платформах. DEC Alpha может быть исключением.) «Inf» — специальное нечисловое значение в IEEE-754, означающее «бесконечность», а «nan» означает «не число». Обратите внимание, что, помимо нечисловых результатов, ничего особенного не происходит, когда вы просите Python выполнить эти вычисления. Это, фактически, стандартное поведение, предписанное стандартом IEEE-754, и если оно работает для вас, прекратите чтение.

В некоторых ситуациях было бы лучше выдать исключение и остановить обработку в точке, где была предпринята ошибочная операция. Модуль fpectl предназначен для использования в такой ситуации. Он обеспечивает контроль над модулями обработки операций с плавающей точкой от нескольких производителей оборудования, позволяя пользователю включить генерацию SIGFPE всякий раз, когда происходит любое из исключений IEEE-754: деление на ноль, переполнение или некорректная операция. В сочетании с парой обертывающих макросов, которые вставляются в код C вашего Python-системы, SIGFPE отлавливается и преобразуется в исключение Python FloatingPointError.

Модуль fpectl определяет следующие функции и может вызывать указанное исключение:

fpectl.turnon_sigfpe()

Включить генерацию SIGFPE, и установить соответствующий обработчик сигналов.

fpectl.turnoff_sigfpe()

Сбросить обработку исключений при работе с плавающей точкой по умолчанию.

exception fpectl.FloatingPointError

После выполнения turnon_sigfpe(), операция с плавающей точкой, вызывающая одно из исключений IEEE-754 — деление на ноль, переполнение или некорректная операция — в свою очередь вызовет это стандартное исключение Python.

1. Пример

Следующий пример демонстрирует, как запустить и протестировать работу модуля fpectl.

>>> import fpectl
>>> import fpetest
>>> fpectl.turnon_sigfpe()
>>> fpetest.test()
overflow        PASS
FloatingPointError: Overflow

div by 0        PASS
FloatingPointError: Division by zero
  [ more output from test elided ]
>>> import math
>>> math.exp(1000)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
FloatingPointError: in math_1

2. Ограничения и другие соображения

Настройка данного процессора для отслеживания ошибок с плавающей точкой IEEE-754 в настоящее время требует пользовательского кода для каждой архитектуры. Возможно, потребуется изменить fpectl для управления вашим конкретным оборудованием.

Преобразование исключения IEEE-754 в исключение Python требует, чтобы обертывающие макросы PyFPE_START_PROTECT и PyFPE_END_PROTECT были вставлены в ваш код соответствующим образом. Сам Python был изменен для поддержки модуля fpectl, но многие другие коды, представляющие интерес для численных аналитиков, не были.

Модуль fpectl не является потокобезопасным.