使用/fp:fast出现奇怪的结果

Question

我们有一些像这样的代码：

inline int calc_something(double x) {
  if (x > 0.0) {
    // do something
    return 1;
  } else {
    // do something else
    return 0;
  }
}

很不幸，在使用标志/fp:fast时，我们得到了calc_something(0)==1，因此我们显然走了错误的代码路径。只有在我们在代码中多个位置使用不同参数使用该方法时，才会出现这种情况，因此我认为编译器（Microsoft Visual Studio 2008，SP1）进行了一些可疑的优化。

另外，当我们将接口更改为以下内容时，上述问题就会消失：

inline int calc_something(const double& x) {

但我不知道为什么这会修复奇怪的行为。有人能解释一下这种行为吗？如果我无法理解发生了什么，我们将不得不移除/fp:fast开关，但这将使我们的应用程序变慢相当多。

- martinus

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你能发布一些对 calc_something 的调用吗？ - fredoverflow

您需要绝对的准确性来进行此测试（即0.0真正意义上是0.0）。如果启用fp:fast，通常不要期望像这样的任何东西 :o) - MaR

@fred，你是什么意思？我只是在调用例如 int x = calc_something(0.0);。 - martinus

对于任何寻求快速答案的人：（1）关于fp:fast的权威MSDN文章。（2）通常情况下，不要在任何第三方源代码上启用fp:fast。如果它是安全的，那么启用它应该由他们来完成，而不是你。 （3）通常情况下，在整个项目中启用它是没有意义的；正确的用法是在程序员可以验证算法准确性、生成的机器指令和性能增益影响的小代码段中选择性地启用它。 - rwong

Answer 1

我对FPUs不够熟悉，无法确定，但我猜测编译器会让一个现有的值坐在比较中，这个值应该等于x。也许你执行y = x + 20.; y = y - 20;时，y已经在FP堆栈上了，因此编译器不加载x，而是与y进行比较。但由于舍入误差，y并不像它应该是的0.0，所以你会得到奇怪的结果。

更好的解释请参见C++FAQ lite中的为什么cos(x) != cos(y)，即使x == y？。这就是我试图传达的内容的一部分，只是我一直记不清楚我在哪里读到过，直到现在为止。

将其更改为const引用可以解决这个问题，因为编译器担心别名问题。它强制从x加载，因为它不能假设其值在创建y之后没有发生变化，而由于x实际上恰好是0.0 [在我熟悉的每种浮点格式中都可以表示]，舍入误差消失了。

我相信MS提供了一个编译指示，允许您在每个函数的基础上设置FP标志。或者您可以将此例程移动到单独的文件中，并为该文件提供自定义标志。无论哪种方式，它都可以防止整个程序受到影响，只是为了使那个例程满意。

- Dennis Zickefoose

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是的，在Visual Studio中尝试使用#pragma float_control(...)：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/45ec64h6.aspx - 你可以在相关函数周围禁用fp:fast。 - AshleysBrain

干得好！感谢您提供了出色的答案并分享了精彩的文章，Dennis。问题是“为什么cos（x）！= cos（y），即使x == y？”简短的回答是“因为计算机在其核心上不具备上下文感知能力”。 - vulcan raven

Answer 2

“calc_something(0L)”和“calc_something(0.0f)”的结果是什么？这可能与强制类型转换之前类型的大小有关。整数占用4个字节，双精度浮点数占用8个字节。

您尝试查看汇编代码以了解上述转换是如何进行的吗？

通过谷歌搜索“fp fast”，我找到了this post [social.msdn.microsoft.com]

- LeGEC

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对于 calc(0L), calc(0), calc(0.0), calc(0.0f) 的计算结果都是相同的错误结果。 - martinus

Answer 3

正如我在其他问题中所说，编译器在生成浮点代码方面表现不佳。Dennis链接的文章很好地解释了这些问题。这里有另一篇文章：MSDN文章。

如果代码的性能很重要，您可以通过编写自己的汇编代码轻松地超越编译器。如果您的算法是可向量化的，则还可以使用SIMD（尽管会略微损失精度）。

注1：假设您理解FPU的工作方式。

- Skizz

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你的 MSDN 文章在某个地方出了问题。 - Dennis Zickefoose

Answer 4

inline int calc_something(double x)（可能）会使用一个80位的寄存器。inline int calc_something(const double& x)会将double存储在内存中，需要64位。至少这解释了两者之间的区别。

然而，我发现你的测试有点可疑。 calc_something 的结果对其输入的舍入非常敏感。您的浮点算法应该对舍入具有鲁棒性。calc_something(1.0-(1.0/3.0)*3)应该与calc_something(0.0)相同。

- MSalters

Answer 5

我认为这种行为是正确的。

你永远不会将浮点数比较到小于其持有类型精度的程度。

来自零的某些东西可能等于、大于或小于另一个零。

请参见http://floating-point-gui.de/

- Pavel Radzivilovsky