c++ - 在 C++ 中处理浮点异常

Question

我发现浮点模型/错误问题非常令人困惑。这是一个我不熟悉的领域，而且我也不是低级 C/asm 程序员，所以我希望得到一些建议。

我有一个用 VS2012 (VC11) 构建的大型 C++ 应用程序，我已将其配置为抛出浮点异常(或更准确地说，允许 C++ 运行时和/或硬件抛出 fp 异常)——它正在抛出其中很多在发布(优化)版本中，但不在调试版本中。我假设这是由于优化和可能的浮点模型(尽管为发布和调试版本设置了编译器/fp:precise 开关)。

我的第一个问题与管理应用程序的调试有关。我想控制抛出 fp 异常的位置以及它们被“屏蔽”的位置。这是必需的，因为我正在调试(优化的)发布版本(这是发生 fp 异常的地方)——我想在我检测到问题的某些函数中禁用 fp 异常，这样我就可以找到新的 FP 问题。但我对使用 _controlfp_s 执行此操作(效果很好)和编译器(和#pragma float_control)切换“/fp:except”(似乎没有效果)之间的区别感到困惑。这两种机制有什么区别？它们是否应该对 fp 异常产生相同的影响？

其次，我收到许多“浮点堆栈检查”异常 - 包括似乎在调用 GDI+ dll 时抛出的异常。在网络上搜索，很少提到此异常似乎表明它是由于编译器错误引起的。一般是这样吗？如果是这样，我应该如何解决这个问题？如果似乎没有返回任何错误的浮点值，最好是禁用问题函数的编译器优化，还是仅针对有问题的代码区域禁用 fp-exceptions？例如，在抛出此异常的 GDI+ 调用(对 GraphicsPath::GetPointCount)中，实际返回的整数值似乎是正确的。目前，我正在使用 _controlfp_s 在 GDI+ 调用之前立即禁用 fp 异常——然后再次使用它在调用之后直接重新启用异常。

最后，我的应用程序确实进行了大量浮点计算，需要稳健可靠，但不一定非常准确。应用程序的本质是浮点值通常表示概率，因此本质上有些不精确。但是，我想捕获任何纯逻辑错误，例如被零除。最好的 fp 模型是什么？目前我是:

• 使用 _controlfp_s 和 SIGFPE 信号处理程序捕获所有 fp 异常(即 EM_OVERFLOW | EM_UNDERFLOW | EM_ZERODIVIDE | EM_DENORMAL | EM_INVALID)，
• 已启用非正规零 (DAZ) 和清零 (FTZ)(即 _MM_SET_FLUSH_ZERO_MODE(_MM_DENORMALS_ZERO_ON))，并且
• 我正在使用默认的 VC11 编译器设置/fp:precise 和/fp:except not specified。

这是最好的模型吗？

谢谢和问候!

Answer 1

以下大部分信息来自 Bruce Dawson 关于该主题的博客文章 (link)。

由于您使用的是 C++，因此您可以创建一个 RAII 类，以限定范围的方式启用或禁用浮点异常。这让您拥有更大的控制权，以便您仅将异常状态公开给您的代码，而不是您自己手动管理调用 _controlfp_s() 。此外，以这种方式设置的浮点异常状态是系统范围的，因此最好记住控制字的先前状态并在需要时恢复它。 RAII 可以为您解决这个问题，并且是解决您所描述的 GDI+ 问题的一个很好的解决方案。

异常标志 _EM_OVERFLOW、_EM_ZERODIVIDE 和 _EM_INVALID 是最重要的考虑因素。当计算结果为正无穷大或负无穷大时引发 _EM_OVERFLOW，而当结果为信号 NaN 时引发 _EM_INVALID。 _EM_UNDERFLOW 可以安全地忽略；当您的计算结果非零且介于 -FLT_MIN 和 FLT_MIN 之间时(换句话说，当您生成非规范化时)，它会发出信号。由于浮点运算的性质，_EM_INEXACT 的引发过于频繁以至于没有任何实际用途，但如果在某些情况下试图追踪不精确的结果，它可能会提供信息。

SIMD 代码给组合增加了更多皱纹；因为您没有明确指出使用 SIMD，所以我将省略对此的讨论，只是要注意指定除/fp:fast 以外的任何内容都可以禁用 VS 2012 中代码的自动矢量化；见this answer有关详细信息。