Question

是否存在字节序列，当转换为f32或f64时，会在Rust中产生未定义的行为？我将非有限值（例如NaN，Infinity等）计为有效浮点值。

对this answer的评论暗示从原始字节转换浮点可能存在一些问题。

Answer 1

The Rust reference提供了一个很好的未定义行为发生情况列表。其中，与问题关系最密切的是：

原始类型中的值无效，即使在私有字段/本地中也是如此：


悬空/空引用或方框

bool
中除false（0）或true（1）以外的值
未包含在类型定义中的枚举中的判别式

char中的一个值，它是一个代理或更高的char :: MAX

str
中的非UTF-8字节序列

但是，仍未列出浮点类型。这是因为根据IEEE 754-2008 binary32和binary64浮点类型，任何位序列（f32为32位; f64为64位）是浮点值的有效状态。它们可能不是正常（其他类零，次正常，无限或不是数字），但仍然有效。

最后，transmute周围应始终Another Way。特别是，byteorder包提供了一种安全，直观的方式来从字节流中读取数字。

use byteorder::{ByteOrder, LittleEndian}; // or NativeEndian

let bytes = [0x00u8, 0x00, 0x80, 0x7F];
let number = LittleEndian::read_f32(&bytes);
println!("{}", number);

Playground

好吧，实际上有一个非常特殊的边缘情况，其中将位转换为浮点可能会导致信令NaN ，这在某些CPU架构和配置中将触发低级别异常。有关详细信息，请参阅rust#39271中的讨论。目前已知实现信令NaN不是未定义的行为，并且如果启用浮点异常（默认情况下不是这样），则这不太可能是一个问题。

Rust图书馆团队已经实施的决定是，即使没有任何掩蔽，转换到浮动也是安全的。 f32::from_bits的文档中详细描述了推理：

这与所有平台上的transmute::<u32, f32>(v)相同。事实证明这是非常便携的，原因有两个：


Floats和Ints在所有支持的平台上具有相同的字节顺序。

IEEE-754非常精确地指定了浮点数的位布局。


然而，有一点需要注意：在2008版IEEE-754之前，实际上没有指定如何解释NaN信令位。大多数平台（特别是x86和ARM）选择了最终在2008年标准化的解释，但有些平台没有（特别是MIPS）。因此，MIPS上的所有信令NaN都是x86上的安静NaN，反之亦然。

这种实现不是试图保留信令跨平台，而是有利于保留确切的位。这意味着即使此方法的结果通过网络从x86计算机发送到MIPS计算机，也会保留以NaN编码的任何有效负载。

如果此方法的结果仅由生成它们的相同体系结构操纵，则不存在可移植性问题。

如果输入不是NaN，则不存在可移植性问题。

如果您不关心信令（非常可能），那么就没有可移植性问题。

一些解析/编码库可能仍然会将所有类型的NaN转换为一个确定安静的NaN，因为这件事在Rust的历史中有一段时间不确定。

是将字节转换为浮动安全还是可能产生未定义的行为？

1 个答案: