64位编译器中的浮点数支持

Question

64位Delphi编译器的浮点支持会有哪些预期表现？

• 64位编译器是否会使用SSE来实现浮点运算？

• 64位编译器是否支持当前的80位浮点类型（Extended）？

这些问题密切相关，因此我将它们作为一个问题提出。

- kludg

---

我知道我读过这个，但不太记得在哪里看到的。 - Andreas Rejbrand

可能是如何为潜在的64位编译器准备我的32位Delphi程序？的重复问题。 - Gregor Brandt

每一个关于Delphi 64位的新问题都应该被关闭为完全重复吗？ - Andreas Rejbrand

我必须说，如果放弃对80位浮点数值的支持，那对我来说将是非常糟糕的消息。即使人们实际上并不需要这种精度，这也可能会给他们带来各种头痛，因为程序（数值结果）在32位和64位程序之间可能会表现出不同的行为。 - PhiS

Answer 1

我在这个主题上发了两篇文章（这里和那里），总结一下，是的，64位编译器使用SSE2（双精度），但不使用SSE（单精度）。所有内容都转换为双精度浮点数，并使用SSE2进行计算（编辑：但是有一个选项来控制它）。

这意味着，如果双精度浮点数上的数学运算很快，那么单精度浮点数上的数学运算就会很慢（会产生大量冗余的单精度和双精度之间的转换），“扩展”被别名为“双精度”，中间计算的精度被限制为双精度。 编辑：当时有一个未记录的指令，可以控制SSE代码生成，{$EXCESSPRECISION OFF} 激活SSE代码生成，将性能恢复到预期水平。

- Eric Grange

Answer 2

根据Marco van de Voort在他的回答中提到的：如何为可能的64位编译器准备32位Delphi程序：

x87 FPU在x64上已经被弃用，通常情况下，SSE2将用于浮点数。因此，浮点数及其异常处理可能会有所不同，并且扩展可能没有80位（而是64位或更少可能是128位）。这也涉及到通常的舍入（协处理器控制工作）的更改，当与期望不同的fpu word的C代码进行接口时。

PHis在评论中说：

我不会说x87 FPU已经被弃用，但很明显微软已经决定尽最大努力使其成为弃用状态（并且他们似乎真的不喜欢80位FP值），尽管在Win64上使用FPU / 80位浮点数显然是技术上可行的。

- lkessler

---

FPU最初在x86_64上被微软弃用（XP64），据我所知，它的上下文甚至没有保存在最初的XP64版本中。这个问题后来得到了解决，但它仍然是被弃用的。 - Marco van de Voort

@Marco - 请注意，一些编译器（例如英特尔的C++编译器）可以为x64生成x87 FPU的代码。此外，微软的64位宏汇编器也支持FPU指令集。因此，似乎更多的是微软不想使用x87代码（例如VC++），但操作系统确实支持它。 - PhiS

据我所知，在x86_64 API中已经被弃用。当32位操作系统（和应用程序？）真正过时时，它可能会被淘汰。 - Marco van de Voort

@Marco - 嗯，我持怀疑态度；我们拭目以待。Win32 API是否真的有使用80位浮点数的情况（不考虑返回值在ST（0）中的情况，这些可以是任何你想要的）？如果没有，那么同样的API显然不需要在x64上使用x87 FPU，因为你至少有SSE2。（但这并不意味着程序不能在内部使用x87。） - PhiS

据我所知不支持，因为Windows NT旨在可移植并支持其他目标（如sparc、powerpc和IA64），而这些目标不支持extended。 - Marco van de Voort

Answer 3

我刚才回答了你的另一个问题，但是我认为它实际上应该放在这里：

显然，在产品发布之前，除了Embarcadero没有人能够确定地回答这个问题。

任何好的x64编译器都很可能将SSE2指令集作为基线，并因此尽可能使用SSE功能进行浮点运算，最小化使用x87 FPU。然而，也应该说，没有技术原因会阻止在x64应用程序代码中使用x87 FPU（尽管有关此事的谣言已经存在了一段时间；如果您想要更多信息，请查看Agner Fog的调用约定手册，特别是第6.1章“64位Windows中可以使用浮点寄存器吗？”）。

编辑1：Delphi XE2 Win64确实不支持80位浮点计算（例如，参见这里的讨论（尽管允许读/写这样的值）。可以使用记录+类操作符将这样的功能带回Delphi Win64，就像这个TExtendedX87类型中所做的那样（尽管有警告）。

- PhiS

Answer 4

在 Embarcadero 真正发布 64 位 Delphi 编译器之前，我们不会确切知道它如何实现浮点运算。在此之前的任何推测都只是猜测。但一旦我们确切知道了，要想改变已经为时已晚。

Allen Bauer 的推文似乎表明他们将使用 SSE2，并且 Extended 类型可能会从 80 位减少到 64 位。我认为这是一个坏主意，因为有很多原因。我已经在 QualityCentral 报告中写下了我的想法 Extended should remain an 80-bit type on 64-bit platforms。

如果您不希望在转换到 64 位 Delphi 后，代码从 80 位精度降至 64 位精度，请单击 QualityCentral 链接并投票支持我的报告。投票越多，Embarcadero 越可能会听取意见。如果他们确实使用 SSE2 进行 64 位浮点运算（这是有道理的），那么使用 FPU 添加 80 位浮点运算将是 Embarcadero 的额外工作。除非有很多开发人员要求，否则我怀疑他们会这样做。

- Jan Goyvaerts

---

感谢QC报告，非常感激。 - PhiS

Answer 5

对于double=extended位：

请阅读ALlen Bauer的Twitter账户Kylix_rd：

http://twitter.com/kylix_rd

从逻辑上讲，这是合理的，因为虽然SSE2寄存器是128位，但它们被用作两个64位的双精度浮点数。

- Marco van de Voort

---

但是对于不适合寄存器的其他类型，情况也是一样的：调用约定允许通过引用传递它们。 - PhiS

整数通常具有比ALU更高精度的一种类型。（32位->int64，64位->int128），这与整数的某些属性有关。然而，对于浮点数通常不是这种情况。 x87 CPU支持扩展作为最高级别，但是Delphi不支持更多。通过引用传递（例如作为具有两个双精度的记录）可以解决数据传输的问题，但不能进行计算，这将是软浮点运算并非效率很低。请记住，Int64部分由CPU加速。 - Marco van de Voort

Answer 6

如果你真的需要它，那么你可以使用TExtendedX87 unit，作者是Philipp M. Schlüter（PhiS on SO），正如在this Embarcadero forum thread中提到的。

@PhiS：当你更新你的答案并加入我的信息时，我会删除我的答案。

- Jeroen Wiert Pluimers

---

谢谢Jeroen--我已经添加了一个指针，希望它有所帮助。 - PhiS