c++ - 在 GCC 上与 "-ffast-math"的 quiet_NaN 的浮点比较总是产生 true(!)

Question

在某些情况下，将普通 float 与 std::numeric_limits<float>::quiet_NaN() 进行比较总是产生 "true"使用 GCC + "-ffast-math" 编译时(在 Linux 和 MinGW 上测试过)。在其他情况下，它总是产生 "false" (这将是符合 IEEE 标准的行为)。

如果已知其中一个值是 quiet_NaN在编译时，行为符合 IEEE，分支得到优化。

我知道 "-ffast-math"允许违反 IEEE 规则，这意味着 "-ffinite-math-only"假设没有 NaN。但即使是 "-ffast-math" quiet_NaN() 的结果具有特定的位模式(例如 7FF80000)，那么如何与像 0.5f 这样的普通 float 进行比较呢？可能 yield 为真？

这是一个显示不同情况的代码示例。请用 "g++ -O3 -ffast-math" 编译.

#include <iostream>
#include <limits>

int main() {
#if 1
    // make sure that the value of 'x' is not known at compile time
    bool isnan;
    std::cout << "use nan (0|1): ";
    std::cin >> isnan;
#else
    // otherwise GCC correctly applies IEEE rules for NaN and the branch below is optimized away accordingly
    bool isnan = true;
#endif
    float x = isnan ? std::numeric_limits<float>::quiet_NaN() : 0.5f;
    std::cout << "x: " << x << std::endl;
    float a;
    std::cout << "type a float: ";
    std::cin >> a;
#if 1
    // *always* prints 1 (!)
    std::cout << a << " equal to " << x << ": " << (x == a) << std::endl;
#else
    // always prints false - the opposite from above!
    std::cout << a << " equal to " << x << ": " << ((x == a) ? "true" : "false") << std::endl;
#endif
    return 0;
}

另外，这是一个神 bolt link .我想相关部分在第 66 行(带有 "-ffast-math" )。 67(没有 "-ffast-math" )。有人可以向我解释这些说明之间的区别吗？

GCC 的这种行为是可以接受的还是我应该提交错误报告？

编辑:我想明确表示，我不需要知道某个特定数字是否为 NaN(我知道这未通过“-ffast-math”指定)，我只对两个数字是否为 NaN 感兴趣(不)相等。在我的实际代码中，我有一个浮点值缓存，并且仅当输入与缓存值不同时才执行更新操作。我已经用相当多的 NaN 初始化了缓存，因此它们不会与任何普通 float 进行比较，并且保证第一个输入会导致更新。这工作正常，但一旦我添加了“-ffast-math”，就会检查 newval != oldval总是返回 false，所以永远不会有更新。我在 SuperCollider 源代码中看到了这种 quiet_NaN 模式，发现它非常优雅。

Answer 1

gcc documentation说:

-ffast-math

Sets the options -fno-math-errno, -funsafe-math-optimizations, -ffinite-math-only, -fno-rounding-math, -fno-signaling-nans, -fcx-limited-range and -fexcess-precision=fast.

This option causes the preprocessor macro __FAST_MATH__ to be defined.

This option is not turned on by any -O option besides -Ofast since it can result in incorrect output for programs that depend on an exact implementation of IEEE or ISO rules/specifications for math functions. It may, however, yield faster code for programs that do not require the guarantees of these specifications.

此外，-ffinite-math-only(包含在-ffast-math中)导致std::isnan， std::isinf，以及 x != x，总是返回 false，std::isfinite 总是返回真。

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https://www.felixcloutier.com/x86/ucomisd

The COMISD instruction differs from the UCOMISD instruction in that it signals a SIMD floating-point invalid operation exception (#I) when a source operand is either a QNaN or SNaN. The UCOMISD instruction signals an invalid numeric exception only if a source operand is an SNaN.

-ffinite-math-only 导致编译器发出 COMISD 而不是 UCOMISD 并忽略检查 的比较结果>NaN

生成的代码是:

comiss  xmm2, DWORD PTR [rsp+28]
sete    sil

与NaN比较设置了ZF, PF, CF flags, cause sete sil 在与 NaN 比较时产生 true 值，但 -ffinite-math-only 预计不会有 NaN >，所以这就是未定义行为在这里表现出来的方式。

当预期 NaN 时，发出的程序集检查 PF 标志，该标志在至少一个操作数为 NaN 时设置:

ucomiss xmm1, DWORD PTR [rsp+28]
mov     eax, 0
setnp   sil # <---- condition on NaN
cmovne  esi, eax

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对于 -ffast-math，您可能喜欢使用这些:Checking if a double (or float) is NaN in C++