-Ofast 的 GCC 问题？

Posted 2023-02-22

【中文标题】-Ofast 的 GCC 问题？

【英文标题】：GCC issue with -Ofast?

【发布时间】：2020-06-17 14:27:17

【问题描述】：

我对使用此代码的最新 GCC 编译器（版本 >= 5）有疑问：

#include <math.h>

void test_nan (
    const float * const __restrict__ in,
    const int n,
    char * const __restrict__ out )

    for (int i = 0; i < n; ++i)
        out[i] = isnan(in[i]);

来自 GCC 的程序集清单：

test_nan:
        movq    %rdx, %rdi
        testl   %esi, %esi
        jle     .L1
        movslq  %esi, %rdx
        xorl    %esi, %esi
        jmp     memset
.L1:
        ret

这看起来像memset(out, 0, n)。 为什么 GCC 假设 -Ofast 没有条目可以是 NaN ？ 使用相同的编译选项，ICC 不会显示此问题。 使用 GCC，“-O3”问题就消失了。

请注意，使用“-O3”时，此查询 gcc -c -Q -O3 --help=optimizers | egrep -i nan 会给出 -fsignaling-nans [disabled]。

我在本地和godbolt 上都验证了这一点，并使用了附加选项“-std=c99”。

编辑：按照下面的有用答案，我可以确认-Ofast -std=c99 -fno-finite-math-only 正确解决了这个问题。

【问题讨论】：

这正是 -Ofast 的文档记录。

一般来说，几乎任何时候你发现自己认为这是一个编译器错误，它不是。

man gcc, /-Ofast。不是很复杂。

@n.'pronouns'm。公平地说，在您了解有关 NaN 的详细信息之前，有一个对其他选项的引用树。

【参考方案1】：

来自 GCC Options That Control Optimizations 文档。

-Ofast 除了-O3 之外，还启用了以下优化：

它会打开 -ffast-math、-fallow-store-data-races 和 Fortran 特定的 -fstack-arrays，除非指定了 -fmax-stack-var-size，并且 - fno-protect-parens。

-ffast-math 启用以下功能：

-fno-math-errno、-funsafe-math-optimizations、-ffinite-math-only、-fno-rounding-math、-fno-signaling-nans、-fcx-limited-范围和 -fexcess-precision=fast。

-ffinite-math-only 执行以下操作：

允许对假设参数和结果不是 NaN 或 +-Infs 的浮点算术进行优化。

这允许它假设isnan() 总是返回0。

【参考方案2】：

Barmar's answer 解释了为什么-Ofast 导致编译器假定 NaN 永远不会发生。我有两件事要补充。

首先，您谈到在--help=optimize 输出中看到-fsignaling-nans [disabled]。 信令 NaN 是所有 NaN 位模式的子类别。 CPU 将在使用时触发浮点异常（请参阅架构手册以了解“使用时”的确切含义）。通常人们只使用另一种类型，quiet NaN，因为处理浮点异常很痛苦；因此，默认情况下，GCC 生成的代码可以处理安静的 NaN（和 ±Inf），但 不 发出信号 NaN。 isnan 对安静和信令 NaN 都是正确的。简而言之，-fsignaling-nans 是一条红鲱鱼；直接控制你不喜欢的行为的选项是-ffinite-math-only。

其次，如果您使用-Ofast 是因为您希望此函数被矢量化，请尝试使用-O3 -march=native。循环向量化在-O3 启用，-march=native 指示 GCC 对其运行的 CPU 的全部功能进行优化。如果没有任何-march 开关，GCC 将假定它只能使用 psABI 保证可用的 CPU 功能；对于 x86-64（看起来你有），那是 SSE2，但之后没有，这遗漏了大部分矢量功能。在我正在输入的计算机上，-O3 -march=native 为您的示例函数生成代码，其大小只有 -O3 的一半和可能大约是 -O3 的四倍。