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为什么使用英特尔 C++ 编译器时 NaN - NaN == 0.0?

众所周知,NaN 在算术中传播,但是我找不到任何演示,所以我写了一个小测试:

#include <limits>
#include <cstdio>

int main(int argc, char* argv[]) {
    float qNaN = std::numeric_limits<float>::quiet_NaN();

    float neg = -qNaN;

    float sub1 = 6.0f - qNaN;
    float sub2 = qNaN - 6.0f;
    float sub3 = qNaN - qNaN;

    float add1 = 6.0f + qNaN;
    float add2 = qNaN + qNaN;

    float div1 = 6.0f / qNaN;
    float div2 = qNaN / 6.0f;
    float div3 = qNaN / qNaN;

    float mul1 = 6.0f * qNaN;
    float mul2 = qNaN * qNaN;

    printf(
        "neg: %f\nsub: %f %f %f\nadd: %f %f\ndiv: %f %f %f\nmul: %f %f\n",
        neg, sub1,sub2,sub3, add1,add2, div1,div2,div3, mul1,mul2
    );

    return 0;
}

示例 (running live here) 基本上产生了我所期望的结果(否定有点奇怪,但它有点道理):

neg: -nan
sub: nan nan nan
add: nan nan
div: nan nan nan
mul: nan nan

MSVC 2015 产生类似的东西。但是,英特尔 C++ 15 会产生:

neg: -nan(ind)
sub: nan nan 0.000000
add: nan nan
div: nan nan nan
mul: nan nan

具体来说,qNaN - qNaN == 0.0

这……不可能吧?相关标准(ISO C、ISO C++、IEEE 754)对此有何评论,为什么编译器之间的行为会有所不同?

Javascript 和 Python(numpy) 没有这种行为。 Nan-NaNNaN。 Perl 和 Scala 的行为也类似。
也许您启用了不安全的数学优化(相当于 gcc 上的 -ffast-math)?
@nm:不正确。附件 F 是可选的,但在支持时是规范性的,并且需要完全指定浮点行为,它本质上将 IEEE 754 合并到 C 中。
如果您想询问 IEEE 754 标准,请在问题的某处提及。
我确信这个问题是关于标题中的 JavaScript 的。

P
Petr Abdulin

英特尔 C++ 编译器中的默认浮点处理是 /fp:fast,它不安全地处理 NaN(这也导致 NaN == NaN 成为 true)。尝试指定 /fp:strict/fp:precise 看看是否有帮助。


我自己只是在尝试这个。实际上,指定精确或严格可以解决问题。
我要支持英特尔默认使用 /fp:fast 的决定:如果您想要 安全 的东西,您最好一开始就避免出现 NaN,并且通常不要使用 ==与浮点数。依靠 IEEE754 分配给 NaN 的奇怪语义是自找麻烦。
@leftaroundabout:除了恕我直言让 NaN!=NaN 返回 true 的可怕决定之外,你觉得 NaN 有什么奇怪的地方?
NaN 有重要用途——它们可以检测异常情况,而无需在每次计算后进行测试。不是每个浮点开发人员都需要它们,但不要忽视它们。
@supercat 出于好奇,您是否同意让 NaN==NaN 返回 false 的决定?
C
Community

这个 。 . .不可能是对的,对吧?我的问题:相关标准(ISO C、ISO C++、IEEE 754)对此有何评论?

Petr Abdulin 已经回答了为什么编译器会给出 0.0 答案。

这是 IEEE-754:2008 所说的:

(6.2 使用 NaN 的运算)“[...] 对于具有安静 NaN 输入的运算,除了最大和最小运算之外,如果要传递浮点结果,则结果应该是安静的 NaN,它应该是输入 NaN。”

因此,两个安静的 NaN 操作数相减的唯一有效结果是安静的 NaN;任何其他结果均无效。

C标准说:

(C11, F.9.2 表达式转换 p1) “[...] x - x → 0. 0 “如果 x 是 NaN 或无穷大,则表达式 x - x 和 0. 0 不等价”

(这里的 NaN 表示根据 F.2.1p1 的安静 NaN “本规范没有定义信号 NaN 的行为。它通常使用术语 NaN 来表示安静的 NaN”)


z
zwol

由于我看到了一个质疑英特尔编译器的标准合规性的答案,而没有其他人提到这一点,我将指出 GCC 和 Clang 都有一种模式,它们在其中做一些非常相似的事情。它们的默认行为符合 IEEE —

$ g++ -O2 test.cc && ./a.out 
neg: -nan
sub: nan nan nan
add: nan nan
div: nan nan nan
mul: nan nan

$ clang++ -O2 test.cc && ./a.out 
neg: -nan
sub: -nan nan nan
add: nan nan
div: nan nan nan
mul: nan nan

——但如果你以牺牲正确性为代价来要求速度,你就会得到你所要求的——

$ g++ -O2 -ffast-math test.cc && ./a.out 
neg: -nan
sub: nan nan 0.000000
add: nan nan
div: nan nan 1.000000
mul: nan nan

$ clang++ -O2 -ffast-math test.cc && ./a.out 
neg: -nan
sub: -nan nan 0.000000
add: nan nan
div: nan nan nan
mul: nan nan

我认为批评 ICC 的默认选择是完全公平的,但我不会将整个 Unix 战争重新解读为该决定。


请注意,对于 -ffast-mathgcc 在浮点运算方面不再符合 ISO 9899:2011。
@FUZxxl 是的,关键是两个编译器都有不兼容的浮点模式,只是 icc 默认为该模式而 gcc 没有。
只是为了火上浇油,我真的很喜欢英特尔选择默认启用快速数学。使用浮点数的全部目的是获得高吞吐量。