Question

TEST.CPP：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    double pi = 3.14;
    cout << "pi:"<< pi << endl;
}

在使用g++ -mno-sse test.cpp的cygwin 64位编译时，输出为：

PI：0

但是，如果使用g++ test.cpp进行编译，它可以正常工作。

我有GCC版本5.4.0。

Answer 1

是的，我重复这个。好吧，主要是。我实际上没有输出0，但其他一些垃圾输出。所以我可以重现无效的行为，我已经确定了原因。

您可以使用-m64 -mno-sse标记here on Goldbolt's Compiler Explorer查看GCC 5.4.0生成的代码。特别是，这些是我们关心的指示：

// double pi = 3.14;
fld     QWORD PTR .LC0[rip]
fstp    QWORD PTR [rbp-8]

// std::cout << "pi:";
mov     esi, OFFSET FLAT:.LC1
mov     edi, OFFSET FLAT:std::cout
call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*)

// std::cout << pi;
sub     rsp, 8
push    QWORD PTR [rbp-8]
mov     rdi, rax
call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >::operator<<(double)
add     rsp, 16

这里发生了什么？那么，首先，我们需要了解-mno-sse标志的含义。这可以防止编译器生成任何使用SSE指令的代码（以及任何后续的指令集扩展）。因此，这意味着必须使用旧版x87 FPU完成所有浮点操作。这样可以正常工作，并且在32位版本上得到了很好的支持，但在64位版本中它是无意义的。 AMD64规范至少需要SSE2支持，因此可以假设所有 64位的x86 CPU都支持SSE和SSE2。这个假设已经进入the ABI： x86-64上的所有浮点运算都是使用SSE2指令完成的，浮点值是在XMM寄存器中传递的。因此，执行浮点运算但禁止编译器使用SSE / SSE2指令会使代码生成器处于不可能的位置并导致不可避免的失败。

它到底是怎么失败的？让我们来看看上面的代码。它没有经过优化（因为你没有通过优化标记，它默认为-O0），这使得它有点难以阅读，但请耐心等待。

在第一个块中，它使用x87 FPU指令从存储器加载双精度浮点值（3.14）（它作为二进制中的常量存储）到x87 FPU堆栈顶部的寄存器中。然后，它将该值从堆栈中弹出并将其存储到内存中（程序堆栈）。这完全是在未经优化的代码中完成的繁忙工作，你几乎可以忽略它。这里的结果是你的浮点值存储在rbp-8的内存中（与基指针相差8个字节）。

可以完全忽略下一个指令块。他们只输出字符串＆＃34; pi：＆＃34;。

第三个指令块假设输出浮点值。首先，在堆栈上分配8个字节的空间。然后，我们先前存储到内存中的浮点值被压入堆栈。

到目前为止，这么好。这就是通常将一个浮点参数传递给一个函数的方式 - 也就是说，在32位构建中，遵循32位ABI，您使用的是x87指令。在64位构建中，遵循64位ABI，浮点参数应该在XMM寄存器中传递，这是operator<<(double)函数期望接收其参数的位置。但是，你告诉编译器它不能生成SSE代码，所以它不能使用XMM寄存器。它的双手并列。它无法正确调用ABI之后的库函数，因为您的特定选项打破了 ABI。

从这里开始走下坡路。编译器将rax寄存器的内容复制到rdi寄存器中，然后调用operator<<(double)函数。此函数尝试将XMM0寄存器中传递的浮点值写入stdout，但该寄存器包含垃圾（在您的情况下，它似乎包含0，但其实际内容是正式未定义的），所以这个垃圾被写入stdout，而不是您期望看到的浮点值。

既然我们了解了这个问题，那么解决方案是什么？

如果您不想使用SSE指令，请强制使用-m32标记编译32位二进制文件。这可以安全地与-mno-sse结合使用
如果您需要64位二进制文件，则不要传递-mno-sse标志，因为这违反了64位ABI，它假设SSE2支持最小。

（虽然我在这里忽略它，但在技术上合理地传递-mno-sse标志和-m64标志是合理的。事实上，这是明确支持的由GCC用于编译Linux内核代码，其中XMM寄存器状态在调用之间不存在。这仅仅是因为内核代码不执行浮点运算。-mno-sse开关仅用于防止编译器将SSE指令用作与浮点运算无关的高级优化的一部分。）

SSE和iostream：浮点类型的输出错误

1 个答案: