GCC 的 __builtin_isnan 是否做了 isnan 之外的其他事情？

Question

在GCC内置描述中，它说：

GCC 提供内置版本的 ISO C99 浮点比较宏，以避免引发无序操作数的异常。它们与标准宏具有相同的名称（isgreater、isgreaterequal、isless、islessequal、islessgreater 和 isunordered），并带有 _builtin 前缀。我们希望库实现者能够简单地将每个标准宏#define 为其内置等效宏。以同样的方式，GCC 提供了 fpclassify、isfinite、isinf_sign、isnormal 和 signbit 内置函数，并以 _builtin 为前缀。 isinf 和 isnan 内置函数在带或不带 _builtin 前缀时都会出现。

所以，我不太能够解析这个。浮点比较什么时候应该引发异常？ C 标准强制要求他们这样做吗？强制他们不这样做？没有强制要求什么吗？并且 -

__builtin_isnan()

的作用与

isnan()

不同吗？

Answer 1

这里的例外情况是，GCC 文档指的是 IEEE 754 浮点例外。如果你做类似的事情

a < b

并且其中一个操作数是 NaN，将引发 FP 异常（无效）。这意味着 FPU 中的某个位将保持设置状态，直到被程序员明确清除为止。通过使用

isgreater

/

isless

/等。程序员可以避免触发 FP 异常。

Answer 2

GCC 的标准库函数的内置函数主要用于优化，当某些参数或环境约束可以在编译时已知时。

__builtin_isnan()

以类似的方式工作。

__builtin_isnan()

的主要目的是在禁用信号NaN支持时允许将

isnan(x)

优化为

(x != x)

（即

-fno-signaling-nans

，这是默认值）。

isnan(x)

和

(x != x)

的行为并不相同。差异在于评估信号 NaN 时。

（以上是问题的主要回答，以下是更多技术细节。）

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IEEE 754（标准）定义了“安静”NaN 和“信号”NaN，彻底了解它们可能会让您头疼。 （我是认真的。）

如果您不熟悉 IEEE 浮点及其比较操作，这里有一些基础知识：

• 比较两个 IEEE 754 浮点有四种可能的结果（或关系）：“小于”、“等于”、“大于”和“无序”。当一个或两个操作数都是 NaN 时，就会出现“无序”结果。这也意味着

  !(x > y)

  不等于浮点数中的

  (x <= y)

  。
• IEEE 754 定义了“安静”和“信号”比较操作，区别在于它们是否以及何时生成浮点异常。

“安静”和“信号”术语是相对的，我将它们添加到引号中，因为“安静”比较并不总是安静，而“信号”并不总是发出信号。

IEEE 754 中的“安静”比较映射到 C 中的这些：

(x==y)

、

isgreater

、

isgreaterequal

、

isless

、

islessequal

、

isunordered

。

IEEE 754 中的“信号”比较映射到 C 中的这些：

iseqsig

、

(x>y)

、

(x>=y)

、

(x<y)

和

(x<=y)

。

isunordered

没有“信号”变体，因为这没有意义。

对于“安静”比较，它们不会用安静的 NaN 操作数引发 FP 异常。 但是 当任何操作数是信号 NaN 时，它们确实会抛出“无效操作”(FE_INVALID) 异常。

对于“信号”比较，当任何操作数为 NaN 时，无论其信号位如何，它们都会引发异常。 （也就是说，它们也会对安静的 NaN 抛出异常。）

还有一些函数永远不会抛出异常，即使存在信号 NaN。

fpclassify

函数，包括

isnan

，都是这样的。 （这些也是 IEEE 754 中的标准操作，尽管不同的语言为这些操作提供了不同的 API。）

在这个关于 isnan() 和 (x!=x) 的 Stack Overflow 答案中我做了一个快速比较表：

              | isnan(x) | (x != x)  | (x >= x)   | isgreaterequal(x,x)
--------------+----------+-----------+------------+--------------------
-Wfloat-equal | no warn  | warn      | no warn    | no warn
--------------+----------+-----------+------------+--------------------
Finite number | false    | false     | true       | true
Infinity      | false    | false     | true       | true
NaN (quiet)   | true     | true      | FPE; false | false
SNaN          | true     | FPE; true | FPE; false | FPE; false

因此您可以了解

isnan

、

!=

、

>=

和

isgreaterequal

在不同类型的浮点值上的表现。