GCC -O2编译Intel Atom平台时double变量尾数长度及确认方法

你当前运行环境（Ubuntu Server 18.04 + GCC 7.5.0 + -O2优化，x86-64架构Atom x5-z8350处理器）下的C++ double 类型遵循IEEE 754标准64位双精度浮点规范，尾数有效位长度为53位（其中1位是隐含的整数前导1，实际显式存储在内存中的尾数位为52位），默认不会使用x86架构下尾数64位的80位扩展浮点格式——该格式在GCC的x86/x86-64 Linux环境中对应long double类型，而非double。

• 编译期静态校验：使用C++标准库的std::numeric_limits模板查询，结果是编译期常量，不受运行环境影响，准确性最高。示例代码：

#include <limits>
#include <cstdio>
int main() {
    // digits返回的是目标类型尾数的二进制有效位数
    printf("double类型尾数有效二进制位数：%d\n", std::numeric_limits<double>::digits);
    printf("double类型内存占用字节数：%zu\n", sizeof(double));
    return 0;
}

在你的环境下编译运行上述代码，会固定输出double类型尾数有效二进制位数：53、double类型内存占用字节数：8，对应64位双精度格式；如果是80位扩展格式，对应输出会是64、12（或16，受内存对齐规则影响）。

• GCC预定义宏查询：不需要写程序，直接在终端执行如下命令即可查看编译器内置的double类型配置：

echo | gcc -dM -E - | grep __DBL_MANT_DIG__

你的环境下该命令会输出#define __DBL_MANT_DIG__ 53，直接对应53位尾数的定义。

• 反汇编校验：可以编译你的C++程序后用objdump -d 编译出的二进制文件查看浮点运算指令，x86-64环境下GCC默认用SSE2指令集的movsd、addsd、mulsd等指令处理double运算，这类指令原生操作64位双精度浮点数；如果是80位扩展格式运算，会用到x87指令集的fld、fstp等操作80位寄存器的指令。

• GCC在x86-64 Linux平台的默认类型遵循System V ABI规范，明确规定double为8字节64位IEEE双精度类型，long double为16字节80位x86扩展双精度类型，该定义不会因为开启-O2优化发生改变。
• 你所用的Atom x5-z8350支持x86-64指令集，GCC 7.5编译x86-64程序时默认使用SSE2指令集处理浮点运算，SSE2寄存器原生支持64位双精度浮点的运算和存储，不会默认使用老式x87浮点单元的80位扩展精度计算路径。
• 即便手动添加编译选项-mfpmath=387强制使用x87单元运算，也仅会让浮点运算的临时中间值保留80位精度，一旦给double类型变量赋值、或者把值写入内存，仍然会截断回53位尾数的64位格式，不会改变double类型本身的长度定义。

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