咨询GCC编译逻辑等价代码出现行为差异的原因

问题1：-1.30000007F 与 (float)-13 * 0.1F 的比较差异 #

• 1a) 直接使用表达式比较，结果为false：

  -1.30000007F >= ((float)-13 * 0.1F) // 结果：false
  

• 1b) 将右侧表达式赋值给float变量后再比较，结果为true：

  float tmp_var = (float)-13 * 0.1F; // tmp_var实际存储值为-1.30000007
  -1.30000007F >= tmp_var // 结果：true
  

原因分析 #

这是GCC的浮点运算优化机制导致的差异：

• 直接计算表达式时，GCC默认会使用x87架构的80位扩展精度寄存器存储中间运算结果，并未立即截断到float的32位精度。(float)-13 * 0.1F在扩展精度下的计算结果，与直接声明的32位float常量-1.30000007F存在细微精度差，最终导致比较结果为false。
• 当将表达式结果赋值给float变量时，会强制将扩展精度的中间结果截断为32位float精度，此时变量存储值与-1.30000007F完全一致，因此比较结果为true。

Greenhills编译器默认严格按照32位float精度执行运算，因此不会出现此类差异。

问题2：(float)20999999 * 0.000001F 与 (float)21 的比较差异 #

• 2a) 直接使用表达式比较，结果为true：

  (float)20999999 * 0.000001F < (float)21 // 结果：true
  

• 2b) 将左侧表达式赋值给float变量后再比较，结果为false：

  float tmp_var = (float)20999999 * 0.000001F; // tmp_var存储值为21.0
  tmp_var < (float)21 // 结果：false
  

原因分析 #

1. 首先，根据IEEE-754单精度浮点数的精度限制，(float)20999999会被舍入为21000000.0。
2. 直接计算表达式时，GCC使用扩展精度寄存器处理乘法：21000000.0 * 0.000001F在扩展精度下的结果略小于21.0，因此与(float)21比较时结果为true。
3. 当赋值给float变量时，这个略小于21.0的扩展精度值会被舍入到最近的32位float值21.0，此时变量与(float)21完全相等，比较结果为false。

额外说明：调试器（如gdb）计算这些表达式时，通常直接按32位float精度处理，因此不会出现直接表达式比较的异常结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Maro