Clang下MMX intrinsics引发long double赋值出现NaN问题求助

这段代码用Clang编译时，会在assert(!isnan(x))处崩溃；但添加编译选项-DWITH_MMX=0后程序就能正常运行。该现象在Compiler Explorer和本地macOS环境中均存在。

无法理解为何启用MMX intrinsics时，将42.0赋值给long double类型变量会产生NaN，请求分析其中原因。

代码如下：

// cc -O0 -DWITH_MMX=1 -o nan nan.c
#include <mmintrin.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <math.h>
int main()
{
#if WITH_MMX
    __m64 a = _m_from_int(4);
    __m64 b = _m_from_int(8);
    __m64 ab = _m_paddb(a, b);
    int c = _m_to_int(ab);
    assert(c == 12);
#endif
    long double x = 42.0L;
    assert(!isnan(x)); // 42.0 不应为NaN
    printf("done\n");
}

核心问题是MMX指令集与x87浮点寄存器的状态冲突：

• MMX指令会复用x87浮点单元的寄存器，且执行后不会自动恢复x87的状态。在MMX操作完成后，x87的控制字或寄存器状态可能处于异常，导致后续依赖x87的浮点操作出错。
• macOS平台上的long double是80位扩展精度类型，完全依赖x87浮点单元实现。当MMX指令破坏x87状态后，后续对long double的赋值操作会出现异常，让正常的数值被错误识别为NaN。

解决方法是在MMX代码块末尾调用_mm_empty()函数，它会专门恢复x87浮点单元的状态，确保后续浮点操作正常执行。修改后的代码如下：

// cc -O0 -DWITH_MMX=1 -o nan nan.c
#include <mmintrin.h>
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <math.h>
int main()
{
#if WITH_MMX
    __m64 a = _m_from_int(4);
    __m64 b = _m_from_int(8);
    __m64 ab = _m_paddb(a, b);
    int c = _m_to_int(ab);
    assert(c == 12);
    _mm_empty(); // 恢复x87浮点单元状态
#endif
    long double x = 42.0L;
    assert(!isnan(x));
    printf("done\n");
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user2962393