一、引言

C++ 標準庫中的 <cmath> 和 C 語言標準庫中的 <math.h> 均為數學函數庫，它們提供了一系列數學函數和常量。然而，這兩者之間存在一些重要的區別。本文旨在深入探討現代 C++ 中 <cmath> 和 <math.h> 的主要差異，并解釋為什么在現代 C++ 開發中推薦使用 <cmath>。

二、命名空間

• math.h：C 語言的頭文件，沒有命名空間的概念。所有的函數和宏都直接定義在全局命名空間中，這容易導致命名沖突。
• cmath：C++ 的頭文件，引入了命名空間的概念。所有的函數和常量都定義在 std 命名空間中，從而避免了潛在的命名沖突。

示例：

// math.h  
#include <math.h>  
double value = sqrt(25.0); // 直接使用 sqrt 函數  
  
// cmath  
#include <cmath>  
double value = std::sqrt(25.0); // 使用 std::sqrt 函數

三、函數重載

• math.h：不支持函數重載，因此其所有函數都使用雙精度浮點數 (double) 作為參數和返回值。
• cmath：支持函數重載，可以為不同類型的參數提供不同版本的函數。這使得 <cmath> 更加靈活，并能更好地適應不同類型的數值計算需求。

示例：

// cmath 中的函數重載  
#include <cmath>  
double value_double = std::sqrt(25.0); // double 類型參數  
float value_float = std::sqrt(25.0f);  // float 類型參數

四、異常處理

當遇到錯誤時，兩者通常通過設置全局錯誤標志（如 errno）或返回特殊值（如 NaN、inf 等）來處理。因此，我們需要檢查返回值或 errno 來確定是否發生了錯誤。

示例：

#include <cmath>  
#include <cerrno> // 用于 std::errno  
#include <cstring> // 用于 std::strerror  
#include <iostream>  
  
int main() {  
    errno = 0; // 清除 errno  
    std::cout << std::log(-1) << std::endl; // 嘗試計算 log(-1)  
  
    if (errno == EDOM) {  
        std::cout << "錯誤: " << std::strerror(errno) << std::endl;  
    }  
    return 0;  
}

五、類型安全和精度控制

math.h：由于其基于 C 語言的特性，不提供類型安全。此外，其函數通常使用雙精度浮點數，這可能不適用于所有場景。

cmath：通過函數重載和模板函數提供了更好的類型安全。此外，它還支持各種數值類型，包括復數、高精度數等。這使得 <cmath> 在現代 C++ 開發中更具優勢。

六、額外的功能

cmath 提供了一些額外的功能，例如處理復數的函數，如 std::complex、std::polar 等。這些功能在 math.h 中是不可用的。

七、結論

綜上所述，盡管 <math.h> 和 <cmath> 都提供了數學函數庫的功能，但在現代 C++ 開發中，<cmath> 具有更多的優勢，如命名空間、函數重載、類型安全和精度控制等。因此，推薦使用 <cmath> 進行數學相關的編程任務。如需了解更多信息，請參考 C++ 相關教材和文檔。