使用 SSE 内在函数时如何确保 NaN 传播？答案

【问题标题】：How to make sure NaNs propagate when using SSE intrinsics?使用 SSE 内在函数时如何确保 NaN 传播？
【发布时间】：2013-03-11 17:35:00
【问题描述】：

我最近读到这篇关于 SSE 算术运算中的 NaN 值的文章：

作用于两个非数字 (NAN) 参数的算术运算的结果未定义。因此，使用 NAN 参数的浮点运算将与相应汇编指令的预期行为不匹配。

来源：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/x5c07e2a(v=vs.100).aspx

这是否意味着，例如，添加两个 __m128 值可能会将 NaN 转换为实数？

如果计算依赖于 NaN 值，我也需要最终结果为 NaN。有没有办法做到这一点？

【问题讨论】：

@Mysticial：忽略说明不能保证结果的文档是不谨慎的。
@EricPostpischil 我不会暗示这里就是这种情况，但之前已知 MSDN 文档有错误。（因此，我什至对官方文件都持保留态度。）所以我一点也不感到惊讶，写这个 sn-p 的人可能比我们更了解这个话题。跨度>
@EricPostpischil 好吧，看看。由于您显然没有其他建设性的内容要说，我将以最后一条评论结束。我不会轻易质疑官方文件。但是当我这样做时，那是因为我有充分的理由这样做。鉴于我对编译器、SSE 内在函数/指令以及它们是如何实现的知识和经验，我可以说这个引用的关于 NaN 的陈述非常牵强（并非不可能，但牵强）。也许它只适用于非常小众的极端案例——他们应该澄清这些，而不是让我们猜测我们大多数人使用的所有“安全”案例
@EricPostpischil 当然不能保证结果；您最后一次看到没有提供“没有任何形式的保证”的软件是什么时候？
@EricPostpischil 你真的获得了动力，不是吗？你在这次讨论中的反应比你声称的年龄更能说明你的性格。

标签： c++ c floating-point sse nan

【解决方案1】：

当我解释该文本时，它的意思是编译器提供了大致对应于 SSE 指令的各种内在函数。通常，您可以预期编译器将使用 SSE 指令来实现内在函数。但是，这并不严格。内在函数实际上指定了一些抽象计算模型中的操作；他们没有直接指定 SSE 指令。在那个抽象模型中，对两个 NaN 进行操作的结果（奇怪的是它似乎不允许一个 NaN 和一个数字）是未定义的。因此，例如，添加两个 NaN 得到的结果可能不是 NaN。

特别是，抽象模型中的操作将受到编译器优化，并且这些优化可能会导致 SSE 指令以外的其他内容（编译时的计算，如果编译器可以推断出存在 NaN，则省略指令，因此它不会需要实际执行添加等）。

看来，如果你想保证为 SSE 指令指定的语义，你可能不得不用汇编语言编写，而不是在微软的编译器中使用内部函数。

我希望供应商不要再对浮点语义漠不关心了。如果没有明确规定的行为，就很难进行工程设计。

【讨论】：

有一种相对良性的可能性。它可能总是产生一个 NaN，但不一定以任何一致的方式与输入 NaN 相关。如果是这种情况，将其记录在案会很有帮助。
这听起来只有当编译器可以证明两个值是 NaN 并且编译器有充分的理由利用它时才会有问题，恕我直言：前者其中似乎不太可能，后者很难举出一个例子......
@PatriciaShanahan：这似乎很有可能。指令返回的两个输入 NaN 中的哪一个通常取决于操作数顺序，并且编译器很可能不会保留从内部函数到指令的顺序。这将导致需要记录返回的两个 NaN 中的哪一个是未定义的，并且对此的草率处理可能会导致文档说明对两个 NaN 进行操作的结果是未定义的。尽管如此，文档说明了它所说的内容。
我觉得奇怪的是，许多语言不允许在没有显式转换的情况下将 double 转换为 float，但会在内部随意将事物提升为 double，然后回退。如果我正在设计一种语言，我将拥有其语义完全符合 IEEE 标准的“IEEE 单”和“IEEE 双”类型，以及具有更有用语义的其他 32 位和 64 位浮点类型（例如，@987654325 @ 在编译的情况下实现等价关系，具有 32 位类型，将使用 64 位中间结果等计算 f1=(f2+f3+f4)`）