c++ - 为什么返回浮点值会改变它的值？

Question

以下代码在 Red Hat 5.4 32 位上引发 assert，但在 Red Hat 5.4 64 位(或 CentOS)上有效。

在 32 位上，我必须把 millis2seconds 的返回值放在一个变量中，否则 assert 被引发，表明 double< 的值 从函数返回的与传递给它的不同。

如果您评论“#define BUG”行，它会起作用。

感谢@R，将 -msse2 -mfpmath 选项传递给编译器使 millis2seconds 函数的两个变体都可以工作。

/*
 * TestDouble.cpp
 */

#include <assert.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

static double millis2seconds(int millis) {
#define BUG
#ifdef BUG
    // following is not working on 32 bits architectures for any values of millis
    // on 64 bits architecture, it works
    return (double)(millis) / 1000.0;
#else
    //  on 32 bits architectures, we must do the operation in 2 steps ?!? ...
    // 1- compute a result in a local variable, and 2- return the local variable
    // why? somebody can explains?
    double result = (double)(millis) / 1000.0;
    return result;
#endif
}

static void testMillis2seconds() {
    int millis = 10;
    double seconds = millis2seconds(millis);

    printf("millis                  : %d\n", millis);
    printf("seconds                 : %f\n", seconds);
    printf("millis2seconds(millis)  : %f\n", millis2seconds(millis));
    printf("seconds <  millis2seconds(millis)  : %d\n", seconds < millis2seconds(millis));
    printf("seconds >  millis2seconds(millis)  : %d\n", seconds > millis2seconds(millis));
    printf("seconds == millis2seconds(millis)  : %d\n", seconds == millis2seconds(millis));

    assert(seconds == millis2seconds(millis));
}

extern int main(int argc, char **argv) {
    testMillis2seconds();
}

Answer 1

使用 Linux x86 系统上使用的 cdecl 调用约定，使用 st0 x87 寄存器从函数返回 double 。所有 x87 寄存器都是 80 位精度。使用此代码:

static double millis2seconds(int millis) {
    return (double)(millis) / 1000.0;
};

编译器使用 80 位精度计算除法。当 gcc 使用标准的 GNU 方言(默认情况下)时，它将结果留在 st0 寄存器中，因此将完整的精度返回给调用者。汇编代码的结尾是这样的:

fdivrp  %st, %st(1)  # Divide st0 by st1 and store the result in st0
leave
ret                  # Return

使用此代码，

static double millis2seconds(int millis) {
    double result = (double)(millis) / 1000.0;
    return result;
}

结果存储到 64 位内存位置，这会丢失一些精度。 64位的值在返回之前被加载回80位的st0寄存器，但是损坏已经造成:

fdivrp  %st, %st(1)   # Divide st0 by st1 and store the result in st0
fstpl   -8(%ebp)      # Store st0 onto the stack
fldl    -8(%ebp)      # Load st0 back from the stack
leave
ret                   # Return

在您的 main 中，第一个结果存储在 64 位内存位置，因此无论哪种方式都会丢失额外的精度:

double seconds = millis2seconds(millis);

但是在第二次调用中，直接使用了返回值，所以编译器可以将其保存在寄存器中:

assert(seconds == millis2seconds(millis));

当使用 millis2seconds 的第一个版本时，您最终会将截断为 64 位精度的值与完全 80 位精度的值进行比较，因此存在差异。

在 x86-64 上，计算是使用只有 64 位的 SSE 寄存器完成的，因此不会出现此问题。

另外，如果你使用 -std=c99 这样你就不会得到 GNU 方言，计算的值会存储在内存中并在返回之前重新加载到寄存器中，以便符合标准。