fpectl — Управление ошибками обработки чисел 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 представить в виде обычного значения с плавающей точкой. Например, попробуйте

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

(Приведенный выше пример будет работать на многих платформах. DEC Alpha может быть одним из исключений.) «Inf» — специальное, нечисловое значение в IEEE-754, которое обозначает «бесконечность», а «nan» — «не число». Обратите внимание, что, помимо нечисловых результатов, ничего особенного не происходит, когда вы просите Python выполнить эти вычисления. Это, фактически, поведение по умолчанию, предписанное в стандарте IEEE-754, и если оно работает для вас, перестаньте читать сейчас.

В некоторых ситуациях было бы лучше вызвать исключение и остановить обработку в точке, где была предпринята некорректная операция. Модуль fpectl предназначен для использования в такой ситуации. Он обеспечивает контроль над устройствами с плавающей точкой от нескольких производителей аппаратного обеспечения, позволяя пользователю включать генерацию SIGFPE всякий раз, когда возникает любое из исключений IEEE-754: деление на ноль, переполнение или некорректная операция. В сочетании с парой оберток макросов, которые вставляются в код на C, составляющий вашу систему Python, SIGFPE перехватывается 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 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.

29.14.1. 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

29.14.2. Ограничения и другие соображения

Настройка процессора для перехвата ошибок с плавающей точкой IEEE-754 в настоящее время требует пользовательского кода на основе архитектуры. Возможно, вам придется изменить fpectl для управления вашим конкретным оборудованием.

Преобразование исключения IEEE-754 в исключение Python требует, чтобы макросы обертки PyFPE_START_PROTECT и PyFPE_END_PROTECT были вставлены в ваш код соответствующим образом. Сам Python был изменён для поддержки модуля fpectl, но многие другие коды, представляющие интерес для численного анализа, этого не делают.

Модуль fpectl не потокобезопасен.