有什么方法可以确保浮点运算结果在linux和windows中都相同

Question

我的程序在 linux 和 windows 上都运行，我必须确保浮点运算在不同的操作系统中得到相同的结果。

代码如下：

for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
    float d_value = 10.0f / float(i);
    float p_value = 0.01f * float(i) + 100.0f;
}

我使用“g++ -m32 -c -static -g -O0 -ffloat-store”在 linux 中构建代码。 我使用 "/fp:precise /O2" 在 windows 中使用 vs2005 构建代码。

当我打印“d_value”和“p_value”时，“d_value”在 linux 和 windows 中都是一样的。但是“p_value”有时会有所不同。 例如，以十六进制格式打印“p_value”：

windows:  42d5d1eb
linux:    42d5d1ec

为什么会发生这种情况？

我的g++版本是

Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Debian 4.4.5-8' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.4/README.Bugs --enable-languages=c,c++,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-4.4 --enable-shared --enable-multiarch --enable-linker-build-id --with-system-zlib --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.4 --libdir=/usr/lib --enable-nls --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-objc-gc --enable-targets=all --with-arch-32=i586 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=i486-linux-gnu --host=i486-linux-gnu --target=i486-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 4.4.5 (Debian 4.4.5-8)

我使用标志-ffloat-store，因为这里有人建议：Different math rounding behaviour between Linux, Mac OS X and Windows

Answer 1

在 Windows 上使用 /fp:strict 告诉编译器生成严格遵循 IEEE 754 的代码，在 Linux 上使用 gcc -msse2 -mfpmath=sse 以获得相同的行为。

您所看到的差异的原因已在 StackOverflow 上讨论过，但最好的调查是 David Monniaux 的 article。

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我使用gcc -msse2 -mpfmath=sse 编译时获得的汇编指令如下。指令cvtsi2ssq、divss、mulss、addss 是要使用的正确指令，它们会生成一个程序，其中p_value 在某一点包含42d5d1ec。

    .globl  _main
    .align  4, 0x90
_main:                                  ## @main
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp2:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp3:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp4:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    subq    $32, %rsp
    movl    $0, -4(%rbp)
    movl    $0, -8(%rbp)
LBB0_1:                                 ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
    cmpl    $100000, -8(%rbp)       ## imm = 0x186A0
    jge LBB0_4
## BB#2:                                ##   in Loop: Header=BB0_1 Depth=1
    movq    _p_value@GOTPCREL(%rip), %rax
    movabsq $100, %rcx
    cvtsi2ssq   %rcx, %xmm0
    movss   LCPI0_0(%rip), %xmm1
    movabsq $10, %rcx
    cvtsi2ssq   %rcx, %xmm2
    cvtsi2ss    -8(%rbp), %xmm3
    divss   %xmm3, %xmm2
    movss   %xmm2, -12(%rbp)
    cvtsi2ss    -8(%rbp), %xmm2
    mulss   %xmm2, %xmm1
    addss   %xmm0, %xmm1
    movss   %xmm1, (%rax)
    movl    (%rax), %edx
    movl    %edx, -16(%rbp)
    leaq    L_.str(%rip), %rdi
    movl    -16(%rbp), %esi
    movb    $0, %al
    callq   _printf
    movl    %eax, -20(%rbp)         ## 4-byte Spill
## BB#3:                                ##   in Loop: Header=BB0_1 Depth=1
    movl    -8(%rbp), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, -8(%rbp)
    jmp LBB0_1
LBB0_4:
    movl    -4(%rbp), %eax
    addq    $32, %rsp
    popq    %rbp
    ret

Answer 2

您的代码的精确结果并未完全由 IEEE 和 C/C++ 标准定义。这就是问题的根源。

主要问题是，虽然您的所有输入都是浮点数，但 不是 意味着必须以浮点精度进行计算。如果需要，编译器可以决定对所有中间值使用双精度。这在为 x87 FPU 编译时往往会自动发生，但编译器（例如 VC++ 2010）即使在编译 SSE 代码时也可以显式执行此扩展。

这不是很好理解。几年前我在这里分享了我对此的理解：

http://randomascii.wordpress.com/2012/03/21/intermediate-floating-point-precision/

某些编译器允许您指定中间精度。如果您可以强制所有编译器使用相同的中间精度，那么您的结果应该是一致的。