Question

我偶然发现了一个我认为不必要的功能，这通常使我感到恐惧：

float coerceToFloat(double x) {
    volatile float y = static_cast<float>(x);
    return y;
}

然后这样使用：

// double x
double y = coerceToFloat(x);

与做这件事有什么不同吗？：

double y = static_cast<float>(x);

目的似乎是将双精度分解为单精度。闻起来像是出于极端的妄想症。

Answer 1

需要

static_cast<float>(x)来消除所有多余的精度，从而产生float。尽管C ++标准通常允许实现在表达式中保留多余的浮点精度，但是必须由强制转换和赋值运算符删除该精度。

使用更高精确度的许可证在C ++ N4659草案第8条第13款中：

浮动操作数的值和浮动表达式的结果可以更大的形式表示精度和范围超出类型要求；类型不会因此更改。⁶⁴

脚注64说：

强制转换和赋值运算符仍必须按照8.4、8.2.9和8.18中所述执行其特定的转换。

Answer 2

紧跟@NathanOliver的评论，允许编译器以比操作数类型更高的精度进行浮点数学运算。通常在x86上，这意味着它们将所有操作都作为80位值执行，因为这是硬件中最高效的。只有在存储值时才必须将其还原为类型的实际精度。即使这样，大多数编译器默认仍会进行违反该规则的优化，因为强制精度更改会减慢浮点运算的速度。在大多数情况下都可以，因为额外的精度无害。如果您是坚持不懈的人，则可以使用命令行开关强制编译器遵守该存储规则，并且您可能会发现浮点计算的速度明显降低。

在该函数中，标记变量volatile告诉编译器它不能逃避存储该值。反过来，这意味着它必须降低传入值的精度以匹配其存储在其中的类型。因此希望这将强制截断。

而且，不，编写强制转换而不是调用该函数是不一样的，因为如果编译器确定可以生成更好的代码，则编译器（在其非一致性模式下）可以跳过对y的赋值而不存储值，它也可以跳过截断。请记住，目标是尽可能快地运行浮点计算，并且必须处理有关降低中间值精度的琐碎规则，这只会减慢速度。

在大多数情况下，严重的浮点应用程序需要通过跳过中间的截断来实现平坦运行。要求对存储进行截断的规则比现实的要求更有希望。

附带说明，Java最初要求所有浮点数学运算必须以所涉及的类型所需的精确度进行。您可以通过告诉英特尔不要将fp类型扩展到80位来实现。数字处理者大声抱怨，因为这使得计算很多变慢了。 Java很快改变为“严格” fp和“非严格” fp的概念，严重的数字运算使用了非严格的，即使其与硬件支持一样快。完全了解浮点数学（不包括我在内）的人想要速度，并且知道如何应对结果的精度差异。

Answer 3

某些编译器具有“扩展精度”的概念，其中double携带超过64位的数据。这导致浮点计算与IEEE标准不匹配。

以上代码可能是为了防止编译器上的扩展精度标志消除精度损失。此类标志明显违反了double和浮点值的精度假设。似乎他们不会对volatile变量这样做。

Answer 4

无论是否允许优化此类转换，它都会发生，而可变分配会阻止其发生。

例如，使用/Ox /fp:fast的32位MSVC编译（因此使用x87）：

_x$ = 8                                       ; size = 8
float uselessCast(double) PROC                         ; uselessCast
        fld     QWORD PTR _x$[esp-4]
        ret     0
float uselessCast(double) ENDP                         ; uselessCast

_y$ = 8                                       ; size = 4
_x$ = 8                                       ; size = 8
float coerceToFloat(double) PROC                   ; coerceToFloat
        fld     QWORD PTR _x$[esp-4]
        fstp    DWORD PTR _y$[esp-4]
        fld     DWORD PTR _y$[esp-4]
        ret     0
float coerceToFloat(double) ENDP

uselessCast如下，coerceToFloat如下。

float uselessCast(double x)
{
    return static_cast<float>(x);
}

类似地，GCC和Clang使用-O3 -ffast-math -m32 -mfpmath=387

uselessCast(double):
    fld     QWORD PTR [esp+4]
    ret
coerceToFloat(double):
    sub     esp, 20
    fld     QWORD PTR [esp+24]
    fstp    DWORD PTR [esp+12]
    fld     DWORD PTR [esp+12]
    add     esp, 20
    ret

Godbolt link for all the above

当然，您可能会争辩说，对于/fp:fast或-ffast-math，无论如何您都不应该对浮点算术有所期望，但是您可能会需要它，但仍然可以舍弃多余的精度。

是否可以优化从double分配为double的static_cast <float>？

4 个答案: