严格别名,-ffast-math和SSE

Question

考虑以下程序:

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstring>
#include <xmmintrin.h>

using namespace std;

int main()
{
    // 4 float32s.
    __m128 nans;
    // Set them all to 0xffffffff which should be NaN.
    memset(&nans, 0xff, 4*4);

    // cmpord should return a mask of 0xffffffff for any non-NaNs, and 0x00000000 for NaNs.
    __m128 mask = _mm_cmpord_ps(nans, nans);
    // AND the mask with nans to zero any of the nans. The result should be 0x00000000 for every component.
    __m128 z = _mm_and_ps(mask, nans);

    cout << z[0] << " " << z[1] << " " << z[2] << " " << z[3] << endl;

    return 0;
}

如果我使用和不使用Apple Clang 7.0.2进行编译-ffast-math,我会得到预期的输出0 0 0 0:

$ clang --version
Apple LLVM version 7.0.2 (clang-700.1.81)
Target: x86_64-apple-darwin14.5.0
Thread model: posix

$ clang test.cpp -o test
$ ./test
0 0 0 0 

$ clang test.cpp -ffast-math -o test
$ ./test 
0 0 0 0

但是在更新到8.1.0之后(抱歉我不知道Clang的哪个实际版本对应于 - Apple不再发布该信息),-ffast-math似乎打破了这个:

$ clang --version
Apple LLVM version 8.1.0 (clang-802.0.42)
Target: x86_64-apple-darwin16.6.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin

$ clang test.cpp -o test
$ ./test
0 0 0 0 

$ clang test.cpp -ffast-math -o test
$ ./test 
nan nan nan nan

我怀疑这是因为严格的别名规则或类似的东西.谁能解释这种行为？

编辑:我忘了提一下,如果你这样做nans = { std::nanf(nullptr), ...就行了.

看看Godbolt,似乎Clang 3.8.1和Clang 3.9之间的行为发生了变化 - 后者删除了cmpordps指令.海湾合作委员会7.1似乎留下了它.

Answer 1

这不是严格的别名问题.如果您阅读了文档-ffast-math,您将看到您的问题:

启用快速数学模式.这定义了__FAST_MATH__预处理器宏,并让编译器对浮点数学做出积极的,可能有损的假设.这些包括:

• [...]
• 浮点运算的操作数不等于NaN和Inf,和
• [...]

-ffast-math允许编译器假设浮点数永远不会NaN(因为它设置了-ffinite-math-only选项).由于clang试图匹配gcc的选项,我们可以从GCC的选项文档中读一点,以便更好地理解-ffinite-math-only它的作用:

允许优化浮点运算,假设参数和结果不是NaN或+ -Infs.

任何-O选项都不应该打开此选项,因为它可能导致程序的输出不正确,这取决于IEEE或ISO规则/规范的精确实现.

因此,如果您的代码需要使用NaN,则不能使用-ffast-math或-ffinite-math-only.否则你冒着优化器破坏你的代码的风险,正如你在这里看到的那样.