x86和x64之间的浮点算术的差异

Posted 2021-04-01

我偶然发现了在x86和x64的MS VS 2010版本之间完成浮点算术的方式不同（两者都在同一台64位机器上执行）。

这是一个简化的代码示例：

float a = 50.0f;
float b = 65.0f;
float c =  1.3f;
float d = a*c;
bool bLarger1 = d<b;
bool bLarger2 = (a*c)<b;

布尔bLarger1始终为false（在两个版本中d都设置为65.0）。变量bLarger2对于x64为false，但对于x86为true！

我很清楚浮点算术和圆角效应正在发生。我也知道32位有时使用不同的指令进行浮动操作而不是64位构建。但在这种情况下，我错过了一些信息。

为什么bLarger1和bLarger2之间首先出现差异？为什么它只出现在32位版本上？

答案

问题取决于这个表达：

bool bLarger2 = (a*c)<b;

我查看了VS2008下生成的代码，没有手持VS2010。对于64位代码是：

000000013FD51100  movss       xmm1,dword ptr [a] 
000000013FD51106  mulss       xmm1,dword ptr [c] 
000000013FD5110C  movss       xmm0,dword ptr [b] 
000000013FD51112  comiss      xmm0,xmm1 

对于32位代码是：

00FC14DC  fld         dword ptr [a] 
00FC14DF  fmul        dword ptr [c] 
00FC14E2  fld         dword ptr [b] 
00FC14E5  fcompp           

因此，在32位下，计算在x87单元中执行，而在64位下，它由x64单元执行。

这里的区别在于x87操作都是以高于单精度执行的。默认情况下，执行计算以获得双精度。另一方面，SSE单元操作是纯单精度计算。

你可以说服32位单元执行所有计算到单精度精度，如下所示：

_controlfp(_PC_24, _MCW_PC);

当您将其添加到32位程序时，您会发现布尔值都设置为false。

x87和SSE浮点单元的工作方式有根本区别。 x87单元对单精度和双精度类型使用相同的指令。数据被加载到x87 FPU堆栈的寄存器中，这些寄存器总是10字节Intel扩展。您可以使用浮点控制字来控制精度。但编译器编写的指令不了解该状态。

另一方面，SSE单元对单精度和双精度的操作使用不同的指令。这意味着编译器可以发出完全控制计算精度的代码。

所以，x87单元在这里是坏人。您可以尝试说服编译器发出SSE指令，即使对于32位目标也是如此。当然，当我在VS2013下编译你的代码时，我发现32位和64位目标都发出了SSE指令。

另一答案

浮点运算总是不精确的，比较两个浮点数这个接近（或相等）几乎从不返回正确的输出。

浮点数在32位和64位计算机上的存储和处理方式不同（也有注释建议）。如果我没记错的话，在VC中32位浮点数保存在堆栈中，FPU（浮点单元）处理它们，而64位机器上的浮点数可以存储在专用寄存器（SSE）中，并使用CPU中的其他单位计算。

我的答案没有明确的来源，但请查看this page或this.