如果更喜欢使用 -ffast-math，则为双倍的良好哨兵价值

Posted 2023-03-11

【中文标题】如果更喜欢使用 -ffast-math，则为双倍的良好哨兵价值

【英文标题】：Good sentinel value for double if prefer to use -ffast-math

【发布时间】：2013-07-10 23:56:57

【问题描述】：

由于gcc 选项-ffast-math 有效地禁用了NaN 和-/+inf，我正在寻找在我的性能关键数学代码中表示NaN 的下一个最佳选项。理想情况下，如果对（add、mul、div、sub 等）进行操作，sentinel 值会像NaN 那样产生sentinel 值，但我怀疑这是可能的，因为我认为NaN 是唯一可以完成的值这。 -0.0 可能不太适合，因为它在 -ffast-math 中也被禁用，并且可能会阻止某些优化，例如 (x+0.0) 等。

也许我的问题应该是，有没有什么方法可以使用NaN 或其他一些“特殊双精度”，同时能够在不崩溃的情况下启用大量数学优化？

系统是Linux/x64, gcc 4.8.1。

【问题讨论】：

这个帖子可能会有所帮助Mingw32 std::isnan with -ffast-math

@ShafikYaghmour 谢谢，这个帖子很有帮助。

还有使用-fno-finite-math-only -ftrapping-mathlua-users.org/lists/lua-l/2009-04/msg00091.html的选项

我同样想知道返回浮点值的函数的良好哨兵。我决定使用optional，如optional<float> 或optional<double>。除了明确意图之外，我认为这还具有对快速数学等编译器选项不太敏感的优点。这当然需要 C++17，或者使用 boost::optional 或编写自己的 optional 实现（这是我所做的，这对我来说似乎很容易）。

【参考方案1】：

如果您正在寻找一个可以通过算术运算传播的值，NaN 仍然可以通过选项-ffast-math 获得。问题出在其他地方。使用-ffast-math，由于优化，某些操作可以从计算中删除，然后无法保证NaN 或任何其他值会传播。

例如，以下设置了-ffast-math，将导致将0.0 硬写入n，并且n 没有特殊值可以保护它。

float n = NAN;
n *= 0.0;

您可以做的一件事是使用 -fno-finite-math-only -ftrapping-math 和 -ffast-math，正如 Shafik Yaghmour 所说。另一个是，如果只有少数几个地方你期望一个错误的值，你可以自己在这些点上进行测试来检查它。

我能想到的最后一个选项——如果你真的非常需要优化——是手动将NaN（可能还有inf）值注入到计算中，并检查它传播了多长时间。然后在传播停止的地方，测试NaN (inf) 的出现。 -- 这是一种不安全的方法，我不能百分百肯定，-ffast-math 是否可以涉及有条件的操作流。如果可以，则很有可能该解决方案将无效。所以这是有风险的，如果选择需要覆盖计算的所有分支的非常繁重的测试。

通常我宁愿反对最后一个解决方案，但实际上有一个机会，NaN (inf) 值将通过整个计算或几乎整个传播，因此它可以提供您正在寻求的性能.所以你可能想冒险。

---

使用-ffast-math 检查NaN，正如Shafik Yaghmour 所说，使用

inline int isnan(float f)

    union  float f; uint32_t x;  u =  f ;
    return (u.x << 1) > 0xff000000u;

对于double 和

inline int isnan(double d)

    union  double d; uint64_t x;  u =  d ;
    return (u.x << 1) > 0xff70000000000000ull;

检查inf 将是

inline int isinf(float f)

    union  float f; uint32_t x;  u =  f ;
    return (u.x << 1) == 0xff000000u;


inline int isinf(double d)

    union  double d; uint64_t x;  u =  d ;
    return (u.x << 1) == 0xff70000000000000ull;

你也可以合并isnan和isinf。

【讨论】：

上面的isnan和isinf应该是0xffe0000000000000ull而不是0xff70000000000000ull。