x86_64与aarch64架构下double转int溢出行为差异原因及统一方法

问题现象 #

以下代码在x86_64和aarch64平台编译执行后输出不同：

#include <iostream>

int main()
{
    double d = 2147483649;
    int i = d;

    std::cout << i << std::endl;

    return 0;
}

• x86_64平台输出：-2147483648
• aarch64平台输出：2147483647

编译命令均为：g++ a.cpp -o a

差异原因 #

核心原因是C++标准将「浮点值超出目标整数类型范围的转换行为」定义为未定义行为，编译器可根据目标架构的硬件特性自由实现转换逻辑：

• x86_64平台的GCC默认使用x86指令集的cvttsd2si指令，该指令对超出32位int范围的浮点值直接做二进制截断：2147483649的二进制表示为10000000000000000000000000000001，截断为32位有符号int后，最高位为1（表示负数），按补码规则结果为-2147483648。
• aarch64平台的GCC默认使用ARM64指令集的fcvtzs指令，该指令会将超出范围的浮点值饱和到整数类型的最值：2147483649超过32位int的最大值2147483647，因此直接返回该最大值。

统一行为的方法 #

要让aarch64平台的输出与x86_64一致，可通过GCC编译选项强制使用截断式转换：
使用以下命令编译：

g++ -ffp-int-builtin-inexact a.cpp -o a

该选项会禁用aarch64默认的饱和转换逻辑，转而采用与x86_64一致的二进制截断行为，此时程序输出将变为-2147483648。

另外，也可使用等价选项：

g++ -mno-fp-int-builtin-saturate a.cpp -o a

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ajith Gupta