避免C ++中的非正规值

Question

在搜索了很长时间的性能错误之后，我读到了有关异常浮点值的信息。

如以下问题所示，显然非规范化的浮点值可能是主要的性能问题： 为什么将0.1f更改为0会使性能降低10倍？

我有一个Intel Core 2 Duo，并且正在使用-O2与gcc进行编译。

那我该怎么办？ 我可以以某种方式指示g ++避免非正规值吗？ 如果不是，我可以以某种方式测试float是否异常吗？

Answer 1

等待。 在做任何事情之前，您实际上是否知道您的代码遇到异常值，并且它们具有可衡量的性能影响？

假设您知道这一点，您是否知道如果关闭非正常支持，您正在使用的算法是否稳定？ 通常，将错误答案更快地提高10倍并不是一个好的性能优化。

除了那些问题：

• 如果要检测异常值以确认其存在，则有几种选择。 如果您具有C99标准库或Boost，则可以使用fpclassify宏。 或者，您可以将数据的绝对值与最小的正数进行比较。

• 您可以将硬件设置为将非正规值刷新为零（FTZ），或将非正规输入视为零（DAZ）。 如果您的平台上正确支持该方法，最简单的方法可能是使用C头文件fenv.h的fesetenv( )函数。 但是，这是C标准受最广泛支持的功能之一，并且固有地还是平台特定的。 您可能只想使用一些内联程序集将FPU状态直接设置为（DAZ / FTZ）。

Answer 2

您可以使用以下方法测试浮点数是否异常

#include <cmath>

if ( std::fpclassify( flt ) == FP_SUBNORMAL )

（注意：实际上，我不确定这是否会全速执行。）

在C ++ 03中，此代码在实践中对我有用，

#include <cmath>
#include <limits>

if ( flt != 0 && std::fabsf( flt ) < std::numeric_limits<float>::min() ) {
    // it's denormalized
}

要决定将其应用到何处，您可以使用基于示例的分析器（例如Shark，VTune或Zoom ）来突出显示因非标准值而变慢的指令。 如果没有前后的分析，微优化甚至比其他优化都更加没有希望。

Answer 3

大多数数学协处理器可以选择将非正规值截断为零。 在x86上，它是MXCSR控制寄存器中的FZ（刷新至零）标志。 检查您的CRT实现是否具有支持功能来设置控制寄存器。 它应该在<float.h> ，类似于_controlfp（）。 选项位通常在#defined符号中带有“ FLUSH”。

设置后，请仔细检查您的数学结果。 无论如何，这是您应该做的事情，变得异常正常是健康问题的迹象。

Answer 4

要在gcc中具有（刷新至零）FTZ（假定默认情况下掩盖了下溢）：

#define CSR_FLUSH_TO_ZERO         (1 << 15)
unsigned csr = __builtin_ia32_stmxcsr();
csr |= CSR_FLUSH_TO_ZERO;
__builtin_ia32_ldmxcsr(csr);

如果名称中的名称不明显，则仅当您针对x86处理器时， __builtin_ia32_stmxcsr和__builtin_ia32_ldmxcsr才可用。 ARM，Sparc，MIPS等将各自需要使用此方法的单独的特定于平台的代码。

Answer 5

就像其他答案一样，如果您确实对非正常浮点值有疑问，那么除了性能问题外，您可能还会遇到精度问题。

检查是否可以重组计算以保持数值更大以避免丢失精度和性能可能是个好主意。

Answer 6

您显然想要一些CPU指令，称为FTZ（刷新为零）和DAZ（异常为零）。

我在音频网站上找到了该信息，但是缺少指向英特尔文档的链接。 它们显然是SSE2指令，因此它们应在支持该指令的AMD CPU上工作。

我不知道您可以在GCC中做什么以强制方式将其强制启用。 您始终可以编写内联汇编代码来使用它们。 您可能必须强制GCC将SSE2仅用于浮点数学运算。