为什么天真的Abs实现在C ++中不能得到很好的优化？

问题描述

我一直在研究abs(float)的幼稚实现如何编译，并对结果感到惊讶：

float abs(float x) {
    return x < 0 ? -x : x;
}

在-O3处使用clang 10.1时，结果为：

.LCPI0_0:
        .long   2147483648              # float -0
        .long   2147483648              # float -0
        .long   2147483648              # float -0
        .long   2147483648              # float -0
abs(float):
        movaps  xmm2,xmmword ptr [rip + .LCPI0_0]
        xorps   xmm2,xmm0
        xorps   xmm3,xmm3
        movaps  xmm1,xmm0
        cmpltss xmm1,xmm3
        andps   xmm2,xmm1
        andnps  xmm1,xmm0
        orps    xmm1,xmm2
        movaps  xmm0,xmm1
        ret

我发现这非常令人惊讶，因为老实说我只是希望清除浮点数的符号位，而这应该只是一条XOR指令。 IEEE-754浮点语义必须要引起这种复杂性，但我只是不明白是什么使它如此变得复杂。为什么只需要比较和有条件的举动？

也许是因为与NaN的比较总是会失败，所以在这种情况下不会清除符号位？但是由于NaN的符号位可以是0或1，所以没关系。

为进行比较，当仅使用std::fabs时，输出要简单得多，这正是人们所期望的：

abs(float):
        andps   xmm0,xmmword ptr [rip + .LCPI0_0]
        ret

启用-ffast-math标志时会产生相同的输出。

更新：-O3的gcc 10.2生成：

abs(float):
        pxor    xmm1,xmm1
        comiss  xmm1,xmm0
        ja      .L6
        ret
.L6:
        xorps   xmm0,XMMWORD PTR .LC1[rip]
        ret

解决方法

IEEE浮点空间包含许多特殊值，例如正和负0，正和负无穷以及两个“非数字”（NaN）系列。所有这些值都具有定义明确的语义wrt。 <运算符，因此编译器必须生成正确处理所有特殊情况的代码。

标志-ffast-math可用于通知编译器它可以假定未使用特殊值，正负0之间的区别无关紧要，并可以进行其他一些简化的假设（例如该添加是关联的）。使用此标志，clang可能会为您的abs函数生成最佳代码：

abs:
        andps   .LCPI0_0(%rip),%xmm0
        retq

默认情况下是否遵循巴洛克式IEEE语义的选择有些争议。除gcc和clang之外的其他编译器往往会做出相反的选择，它们默认情况下编译快速且紧凑的代码，并且如果需要完全符合IEEE要求，则需要显式命令行标志（例如，对于Intel编译器，-mp ）。