在C/C++中，有没有更好/更便携的定义圆周率（PI）的方法？

Question

在C/C++中，有没有更好/更便携的定义圆周率（PI）的方法？

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目前在我的科学计算代码中，我有以下内容：

//Include M_PI constant
#define _USE_MATH_DEFINES
//Needed for square root function.
#include <math.h>

这个在Linux上可以运行...至少我没有在所有平台上测试过C编译器。然而，最近在调查一些旧的Fortran代码时，我偶然发现了另一个代码中定义π的聪明方式（不是我自己的）：

<angle in deg.>*8.0d0 * datan(1.0d0) / 360.0d0

当然，在C语言中这是完全可行的，对吧？所以我可以定义我的转换函数类似于：

inline double DegToRad(const double A)
{
   return A * atan(1.0) / 45.0;
}

哪种方法更具可移植性？是否有任何数字（例如四舍五入）考虑因素，使得使用一种方法比另一种方法更合适？

我确实喜欢M_PI常数使代码更易读。当然，我也可以通过上述方法自己分配一个PI常数。

对于将针对多个平台（Windows、Linux等）的C/C++代码来说，什么被认为是最佳实践？

- Jason R. Mick

2个回答

1

通用解决方案

一种可能的方法是使用宏：

#define PI 3.1415926535897932384626433832795028L
#define DEG_TO_RAD(...) ((__VA_ARGS__) * (PI / 180))
// note: write DEG_TO_RAD(x) in C89

这适用于任何版本的 C 和 C++。在这里使用的数字数量恰好足够表示 binary128 浮点格式。这很重要，因为 long double 可能是一个 128 位的数字。

M_PI 宏不具有可移植性，应该避免使用它。你可以定义自己的宏，在所有平台上都保证存在。

非宏定义的 pi 值

// C23 / C++11 compatible constants.
// Ideally, make these inline in C++17 to avoid possibly ODR violations.
// In C89/C++98, these could be declared as static const instead.
constexpr long double pil = 3.1415926535897932384626433832795028L;
constexpr double pi = (double) pil;
constexpr float pif = (float) pi;

// C++17 solution using constrained variable template
template <typename T, std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<T>, int> = 0>
inline constexpr T pi_v = T(3.1415926535897932384626433832795028L);

// note: this is unnecessary in C++20 thanks to std::numbers::pi in <numbers>

度数转弧度

// C++20 using constraints and the new numeric constants
#include <numbers>

template <std::floating_point T>
T deg_to_rad(T x) {
    return x * std::numbers::pi_v<T>;
}

// C++17, see the variable template above
template <typename T, std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<T, int> = 0>
T deg_to_rad(T x) {
    return x * pi_v<T>;
}

// C11 using generic selection
float deg_to_radf(float x) { return x * (pif / 180); }
// ...
#define deg_to_rad(...) _Generic((__VA_ARGS__), \
    float: deg_to_radf,                         \
    double: deg_to_rad,                         \
    long double: deg_to_radl)(__VA_ARGS__)

- Jan Schultke

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可以查看英文原文，
原文链接

- andand · Accepted Answer

不要忽视可读性问题；个人认为，我会做以下处理：

#ifndef M_PI
// Source: http://www.geom.uiuc.edu/~huberty/math5337/groupe/digits.html
#define M_PI 3.141592653589793238462643383279502884197169399375105820974944592307816406 
#endif

#define DEG_TO_RAD (M_PI/180.0)
#define RAD_TO_DEG (180.0/M_PI)

然后声明

inline double DegToRad(const double deg) {
   return deg * DEG_TO_RAD;
}

inline double RadToDeg(const double rad) {
   return rad * RAD_TO_DEG;
}

这可能不会更加可移植（因为在C和C++中，atan和M_PI都是标准的）。然而，使用M_PI将比使用atan更易读，并且根据编译器的优化设置，可能会避免昂贵的三角函数调用。

更新：看起来M_PI并没有我想象中那么标准。在上面的#ifndef包含中应该解决了它不可用的情况。