使用“-ffast-math”在 GCC 上与 quiet_NaN 进行浮点比较总是产生真（！）

Question

在某些情况下，使用 GCC + 编译时，将正常的浮点数与std::numeric_limits<float>::quiet_NaN()总是产生比较（在 Linux 和 MinGW 上测试）。在其他情况下，它总是会产生（这将是符合 IEEE 的行为）。"true""-ffast-math""false"

如果quiet_NaN在编译时已知其中一个值是 a ，则该行为符合 IEEE 标准，并且分支会被优化掉。

我知道这"-ffast-math"允许违反 IEEE 规则，并且它意味着"-ffinite-math-only"假设没有 NaN。但即使"-ffast-math"结果quiet_NaN()具有特定的位模式（例如 7FF80000），那么与普通浮点数的比较如何0.5f可能产生真值？

这是显示不同情况的代码示例。请用"g++ -O3 -ffast-math".

#include <iostream>
#include <limits>

int main() {
#if 1
    // make sure that the value of 'x' is not known at compile time
    bool isnan;
    std::cout << "use nan (0|1): ";
    std::cin >> isnan;
#else
    // otherwise GCC correctly applies IEEE rules for NaN and the branch below is optimized away accordingly
    bool isnan = true;
#endif
    float x = isnan ? std::numeric_limits<float>::quiet_NaN() : 0.5f;
    std::cout << "x: " << x << std::endl;
    float a;
    std::cout << "type a float: ";
    std::cin >> a;
#if 1
    // *always* prints 1 (!)
    std::cout << a << " equal to " << x << ": " << (x == a) << std::endl;
#else
    // always prints false - the opposite from above!
    std::cout << a << " equal to " << x << ": " << ((x == a) ? "true" : "false") << std::endl;
#endif
    return 0;
}

另外，这里有一个 Godbolt链接。我猜相关部分在第 66 行（带有"-ffast-math"）。67（没有"-ffast-math"）。有人可以向我解释这些说明之间的区别吗？

GCC 的这种行为是否可以接受还是我应该提交错误报告？

编辑：我想说明我不需要知道一个特定的数字是否是 NaN（我知道这不是用“-ffast-math”指定的），我只对两个数字是否（不是）感兴趣平等的。在我的实际代码中，我有一个浮点值缓存，并且仅当输入与缓存值不同时才执行更新操作。我已经用相当多的 NaN 初始化了缓存，所以它们不会与任何普通浮点数相等，并且保证第一个输入会导致更新。这工作正常，但是一旦我添加了“-ffast-math”，检查newval != oldval总是返回false，所以永远不会有更新。我在 SuperCollider 源代码中看到了这个 quiet_NaN 模式，并发现它非常优雅。

Answer 1

gcc 文档说：

-ffast-math

设置的选项-fno-math-errno，-funsafe-math-optimizations，-ffinite-math-only，-fno-rounding-math，-fno-signaling-nans，-fcx-limited-range和-fexcess-precision=fast。

此选项导致__FAST_MATH__定义预处理器宏。

此选项不会被任何-O选项打开，-Ofast因为它可能导致依赖于数学函数的 IEEE 或 ISO 规则/规范的精确实现的程序的错误输出。然而，对于不需要这些规范保证的程序，它可能会产生更快的代码。

此外，-ffinite-math-only（包含在 中-ffast-math）导致std::isnan、std::isinf以及x != x始终返回false、std::isfinite始终返回true。

https://www.felixcloutier.com/x86/ucomisd

该COMISD指令与该指令的不同之处在于，UCOMISD当源操作数是 QNaN 或 SNaN 时，它会发出 SIMD 浮点无效操作异常 (#I) 信号。UCOMISD仅当源操作数是 SNaN 时，该指令才发出无效数字异常信号。

-ffinite-math-only导致编译器发出COMISD而不是UCOMISD并省略检查比较结果NaN

生成的代码是：

comiss  xmm2, DWORD PTR [rsp+28]
sete    sil

与NaNset ZF、PF、CFflags进行比较，导致在与 比较时sete sil产生true值NaN，但没有NaN预期与-ffinite-math-only，所以这就是未定义行为在这里表现出来的方式。

NaN预计何时发出的程序集检查PF标志，该标志在至少一个操作数为NaN：

ucomiss xmm1, DWORD PTR [rsp+28]
mov     eax, 0
setnp   sil # <---- condition on NaN
cmovne  esi, eax

与-ffast-math您可能喜欢使用这些：检查是否一个双（或浮动）为NaN在C ++中