为啥 GCC 为 C++ <cmath> 实现 isnan() 比 C <math.h> 更有效？

Posted 2023-03-11

【中文标题】为啥 GCC 为 C++ <cmath> 实现 isnan() 比 C <math.h> 更有效？

【英文标题】：Why does GCC implement isnan() more efficiently for C++ <cmath> than C <math.h>?为什么 GCC 为 C++ <cmath> 实现 isnan() 比 C <math.h> 更有效？

【发布时间】：2014-11-21 01:21:12

【问题描述】：

这是我的代码：

int f(double x)

  return isnan(x);

如果我 #include <cmath> 我得到这个程序集：

xorl    %eax, %eax
ucomisd %xmm0, %xmm0
setp    %al

这相当聪明：ucomisd 如果 x 与自身的比较是无序的，则设置奇偶校验标志，这意味着 x 是 NAN。然后setp 将奇偶校验标志复制到结果中（只有一个字节，因此%eax 的初始清除）。

但如果我 #include <math.h> 我得到这个程序集：

jmp     __isnan

现在代码不是内联的，__isnan 函数肯定没有ucomisd 指令快，所以我们进行了一次跳转，没有任何好处。如果我将代码编译为 C，我会得到同样的结果。

现在，如果我将isnan() 调用更改为__builtin_isnan()，无论我包含哪个标头，我都会得到简单的ucomisd 指令指令，并且它也适用于C。同样，如果我只是 return x != x.

所以我的问题是，为什么 C <math.h> 标头提供的 isnan() 实现效率低于 C++ <cmath> 标头？人们真的希望使用__builtin_isnan()，如果是，为什么？

我在 x86-64 上使用 -O2 和 -O3 优化测试了 GCC 4.7.2 和 4.9.0。

【问题讨论】：

这是我的推测：c99之前，c中没有内联函数。没有内联函数意味着函数必须由 jmp/call（或某种分支）调用。 __builtin_isnan 不是 c 的一部分。它可能是特定于平台的内在因素。

但像<math.h> 这样的系统头文件肯定可以使用特定于平台的内置插件。

我很确定isnan 会尽可能使用__builtin_isnan。我认为您没有理由必须手动调用它。

也许当 C99 出现时，没有人想过要回去更新 isnan

sourceware.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=15367

【参考方案1】：

查看<cmath> 与 gcc 4.9 一起提供的 libstdc++，你会得到：

  constexpr bool
  isnan(double __x)
   return __builtin_isnan(__x); 

constexpr 函数可以被积极内联，当然，该函数只是将工作委托给__builtin_isnan。

<math.h> 标头不使用__builtin_isnan，而是使用__isnan 实现，在此处粘贴有点长，但它在我的机器™ 上是math.h 的第430 行。由于 C99 标准要求为 isnan 等人使用宏（C99 标准的第 7.12 节），因此“函数”定义如下：

#define isnan(x) (sizeof (x) == sizeof (float) ? __isnanf (x)   \
  : sizeof (x) == sizeof (double) ? __isnan (x) \
  : __isnanl (x))

但是，我看不出它为什么不能使用__builtin_isnan 而不是__isnan，所以我怀疑这是一个疏忽。正如 Marc Glisse 在 cmets 中指出的那样，有一个类似问题的 relevant bug report 使用 isinf 而不是 isnan。

【讨论】：

其实这个bug是关于isinf的。这是一个不同功能的类似问题，但严格来说不是同一个问题。

不要忘记包含this，表示标准要求它们是宏。

您认为将<math.h> 改为简单地说#define isnan(x) __builtin_isnan(x) 是否合法？

@JohnZwinck 是的。我想不出它不应该有效的任何理由。

对于 gcc，它是有效的。 __builtin_isnan 并非在每个编译器上都有。