Optimization 浮点代码与GCC的一致性

我做一些数值计算，在使用GCC时，我经常遇到浮点计算的问题。就我目前的目的而言，我不太在乎结果的真实精度，但我想要这一固定资产：

无论我的程序中的代码在哪里，当它在相同的输入上运行时，我希望它给出相同的输出

我如何强制GCC这样做？具体来说，快速数学和不同的O优化的行为是什么

我听说GCC可能会尝试变得更聪明，有时在寄存器中加载浮点数，有时直接从内存中读取浮点数，这可能会改变浮点数的精度，从而产生不同的输出。我怎样才能避免这种情况

同样，我想：

• 我的计算速度很快
• 我的计算是可靠的（即相同的输入->相同的结果）
• 我不太关心这个特定代码的精度，所以如果这带来了可靠性，我可以降低精度

---

有谁能告诉我解决这个问题的方法吗？

如果您的目标包括x86处理器，使用使gcc使用SSE2指令（而不是基于历史堆栈的指令）的开关将使这些指令的运行更像其他指令

如果您的目标包括PowerPC处理器，则使用开关使gcc不使用

fmadd

指令（替换源代码中的乘法和加法）将使这些处理器的运行更像其他处理器

不要使用

--fast math

：这允许编译器采用一些快捷方式，这将导致架构之间的差异。Gcc更符合标准，因此在没有此选项的情况下是可预测的

在应用程序中包含您自己的数学函数（

exp

，

sin

，…），而不是依赖系统库中的函数，这只能帮助提高可预测性

---

最后，即使编译器严格遵守标准（这里我指的是C99），也可能存在一些差异，因为C99允许以比表达式类型更高的精度计算中间结果。如果您真的希望程序总是给出相同的结果，请编写。或者，仅使用所有计算可用的最大精度，如果可以避免使用历史x86指令，则该精度将为

double

。无论如何，不要为了提高可预测性而使用精度较低的浮动：根据标准中的上述条款，效果会相反。

我认为GCC已经有了很好的文档记录，所以我不会试图回答您关于其选项及其影响的部分问题，从而暴露我自己的无知。不过，我想概括地说，当涉及数字精度和性能时，阅读手册会带来很大的好处。从事GCC工作的聪明人在他们的文档中投入了大量精力，阅读它是值得的（好吧，它可能有点枯燥，但见鬼，它是一本编译器手册，而不是紧身衣裂土器）

如果得到与最后一位数字结果相同的结果对您来说很重要，那么您需要关注的不仅仅是GCC以及如何控制其行为。您需要锁定它调用的库、它运行的硬件，以及我尚未想到的一些其他因素。在最坏的情况下，你甚至可能想要，我已经看到了，编写你自己的f-p数学实现来保证跨平台的位身份。这是很困难的，因此成本很高，并且可能会让您对自己代码的正确性比GCC代码的正确性更不确定

然而，你写

我不太关心这个特定代码的精度，所以如果这带来了可靠性，我可以降低精度

这就向你提出了一个问题——你为什么不简单地使用5位小数作为你的（减少的）精度标准？这是我们很多数值计算领域的人一直在做的事情；我们忽略了数值分析的更精细的方面，因为它们很难避免，并且计算时间昂贵。我在想区间算术和高精度数学。（当然，如果5不适合您，请选择另一个单位数字。）

但好消息是，这是完全有道理的：我们处理的科学数据本质上是带有错误的（当然，我们通常不知道错误是什么，但那是另一回事），所以可以忽略十进制表示的最后几个数字，比如说64位f-p数。继续，忽略其中的几个。更妙的是，不管你的f-p数有多少位，在计算机上进行数值计算总是会失去一些精度；增加更多的位只会将错误向后推，既朝着最低有效位，又朝着长时间运行的计算结束的方向

您必须注意的情况是，您的算法太差，或者算法的实现太差，以至于很快就会失去很多精度。这通常表现为f-p数的任何合理大小。如果这对您来说是一个真正的问题，那么您的测试套件应该已经暴露了这一点

---

总而言之：您必须以某种方式处理精度损失，在地毯下刷更精细的细节并不一定是错误的。

此外，困扰您的正是那些试图为C编写正确分析器的人，因此您应该对此报告感兴趣：。除了分析器作者没有对编译选项的控制，但是他们在一个框架中工作，在这个框架中，它足以考虑所有的可能性，而不会忘记任何可能性。