为什么C#编译器对double→double强制转换生成conv.r8 IL指令

是否存在特殊原因，导致C#编译器在执行double -> double的强制类型转换时，会生成conv.r8指令？
这看起来完全没有必要：int -> int、char -> char等同类型转换都不会生成对应的转换指令，你可以在I2I()方法生成的IL中看到这一点。

示例C#代码：

class Foo
{
    double D2D(double d) => (double) d;
    int I2I(int i) => (int) i;
}

生成的IL代码如下：

.class private auto ansi '<Module>
{
} // end of class <Module>

.class private auto ansi beforefieldinit Foo
    extends [System.Private.CoreLib]System.Object
{
    // Methods
    .method private hidebysig 
        instance float64 D2D (
            float64 d
        ) cil managed 
    {
        // Method begins at RVA 0x2050
        // Code size 3 (0x3)
        .maxstack 8

        IL_0000: ldarg.1
        IL_0001: conv.r8
        IL_0002: ret
    } // end of method Foo::D2D

    .method private hidebysig 
        instance int32 I2I (
            int32 i
        ) cil managed 
    {
        // Method begins at RVA 0x2054
        // Code size 2 (0x2)
        .maxstack 8

        IL_0000: ldarg.1
        IL_0001: ret
    } // end of method Foo::I2I

    .method public hidebysig specialname rtspecialname 
        instance void .ctor () cil managed 
    {
        // Method begins at RVA 0x2057
        // Code size 8 (0x8)
        .maxstack 8

        IL_0000: ldarg.0
        IL_0001: call instance void [System.Private.CoreLib]System.Object::.ctor()
        IL_0006: nop
        IL_0007: ret
    } // end of method Foo::.ctor

} // end of class Foo

原因说明 #

这个差异是浮点数的底层规范要求导致的：

• 通用语言基础结构（CLI）允许求值栈上的浮点数使用比声明类型更高的精度暂存，最典型的就是x86架构下的x87 FPU默认使用80位扩展精度保存浮点值，哪怕变量声明的是64位double，在运算栈上也可能以更高精度存在。
• conv.r8除了做类型转换之外，还有一个核心作用是对浮点值做归一化：强制将栈上的浮点值转换为标准IEEE 754 64位双精度格式，对齐精度、处理异常浮点表示，符合显式类型转换的语义要求，哪怕输入值原本就是double类型也需要执行这一步。
• 整数类型不存在这类扩展精度的栈存储规则，同类型强制转换没有任何语义价值，编译器自然会直接优化掉，不会生成多余的转换指令。

不用担心IL层面的conv.r8会带来运行时开销，主流架构（x64、ARM64）的JIT编译器都会识别到这是无实际作用的同类型转换，生成本机机器码时会直接省略该操作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Vagaus