将浮点数与零进行比较

Question

我想检查一个IEEE754 32位数字是否恰好具有0.0f的值（它偶尔会被设置为此值）。由于数据将经常从传感器更新，累积误差将为零。我的处理器没有硬件FPU，因此操作是在相当快的软件库中完成的。但是，像加、减和比较这样的操作仍需要数百个周期。

所以我想知道我的编译器为什么会这样做：

240:                 if(p_viewer->roll != 0.0f)
 03FBC  B81160     mul.uu w2,#0,w2
 03FBE  900A2E     mov.w [w14+20],w4
 03FC0  900064     mov.w [w4+12],w0
 03FC2  9000F4     mov.w [w4+14],w1
 03FC4  07E91F     rcall __nesf2
 03FC6  E00000     cp0.w w0
 03FC8  320054     bra z, 0x004072

__nesf2 显然是比较两个浮点数。为什么它不直接对0.0f进行整数形式的比较，即0x00000000？它为什么不这样做或者说这只是一次未能实现的优化机会？

我的编译器是MPLAB C30，是GCC v3.23的一个版本。

- Thomas O

Answer 1

因为根据IEEE-754标准的要求，-0.0f也等于0.0f。

如果这是一个重大的性能问题，您可以使用两个整数表示来替换调用，分别是-0（0x80000000）和+0。 （或者更好的方法是，屏蔽符号位并与0.0f进行比较）。

- Stephen Canon

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我在想为什么编译器没有这样做，这可能只需要最多10个周期，而__nesf2函数需要约100个周期。 - Thomas O

除了信号NaN的问题，这只是一个被遗漏的优化。提交一个错误报告。 - Stephen Canon

考虑到编译器的年龄（gcc 3.2.3？），很可能存在许多未优化的问题，而且没有人有兴趣去修复它。 - David Thornley

@David：如果在gcc主线中还没有修复，如果有人提交了错误报告，最终会有人来解决它。未报告的错过优化永远不会得到修复。 - Stephen Canon

@David：这是GCC v3.23的一个分支。 - Thomas O

Answer 2

如果这是一个IEEE浮点实现，它必须考虑到信号NaN。

你可能不关心这个，但编译器并不知道。

- Darron

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是的，但这有什么关系吗？NaN 永远不会等于非 NaN。 - Thomas O

@Thomas O：一个信号NaN可能会导致陷阱，而整数比较则不会。然而，软件FP实现几乎从不支持信号NaN，因此这是不太可能的。 - Stephen Canon

@Stephen Canon，我不认为我的有信号NaN。你可以除以零，但只会得到NaN。没有其他事情发生。 - Thomas O

@Thomas O：被零除并不会创建一个信号NaN；在拥有它们的实现中，获取信号NaN的唯一方法是从文件中读取或在内存中创建一个。 - Stephen Canon

出于好奇，您可以尝试一下您最喜欢的x86编译器是否对信号NaNs做了任何特殊处理。它可能不会这样做。 - gnasher729

Answer 3

这是一个被错过的优化机会。0.f是一个特殊情况，因为它需要与-0.f和0.f进行比较。但是，将其作为整数进行比较仍然会更快。

为什么没有进行优化？我敢打赌这是一个集成问题。像这样的东西通常会被忽略。负责组装平台SDK的人选择编译器（gcc）、软件浮点库，并尽力将它们最好地粘合在一起。这在一般情况下可以正常工作，而且很少有改进的动力，因为软件浮点通常非常慢。最糟糕的部分不是比较，而是其他所有的东西。

简单来说，如果你使用软件浮点，那么如果你需要性能，就没有使用它们的意义了。对于这个问题，请使用定点数。

- Johan Kotlinski

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0.f 是一个特殊情况吗？只要您知道其中一个不是 NaN（例如，如果其中一个是字面常量），则可以按位比较任何浮点数值。实际上，零是最糟糕的，因为您必须检查正零和负零。对于任何其他值，单个比较就足够了。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 4

要检查是否等于0.0f，您不需要使用IEEE相关内容，例如：

int isFloatNull(float f)
{
  static float i;
  return !memcmp(&i,&f,sizeof i);
}

- user411313

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@kotlinski 如果更快，那就更好，无论它是否替代函数调用都无所谓。 - Thomas O

当然，对于负零它会给出错误的结果，因此这是毫无用处的。 - gnasher729