为什么 `gcc -ffast-math` 禁用 `isnan()` 和 `isinf()` 的正确结果？

Question

我知道使用 -ffast-math 标志允许不安全的数学运算并禁用信号 NaN。但是，我希望函数 isnan() 和 isinf() 仍然能够 return 正确的结果，但它们没有。

这是一个例子：

文件test_isnan.c:

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void){

  /* Produce a NaN */
  const float my_nan = sqrtf(-1.f);
  /* Produce an inf */
  const float my_inf = 1.f/0.f;

  printf("This should be a NaN: %.6e\n", my_nan);
  printf("This should be inf: %.6e\n", my_inf);

  if (isnan(my_nan)) {
    printf("Caugth the nan!\n");
  } else {
    printf("isnan failed?\n");
  }

  if (isinf(my_inf)) {
    printf("Caugth the inf!\n");
  } else {
    printf("isinf failed?\n");
  }
}

现在让我们编译运行没有 -ffast-math 的程序:

$ gcc test_isnan.c -lm -o test_isnan.o && ./test_isnan.o
This should be a NaN: -nan
This should be inf: inf
Caugth the nan!
Caugth the inf!

但有了它：

$ gcc test_isnan.c -lm -o test_isnan.o -ffast-math && ./test_isnan.o
This should be a NaN: -nan
This should be inf: inf
isnan failed?
isinf failed?

那么为什么 isnan() 和 isinf() 不捕捉这些 nan 和 inf 呢？我错过了什么？

如果它可能相关，这是我的 gcc 版本：

gcc (Spack GCC) 10.2.0
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

Answer 1

-ffast-math

Sets the options ... -ffinite-math-only ...

-ffinite-math-only

Allow optimizations for floating-point arithmetic that assume that arguments and results are not NaNs or +-Infs.

编译器将代码优化为：

  printf("This should be a NaN: %.6e\n", sqrtf(-1.f));
  printf("This should be inf: %.6e\n", 1.f/0.f);
  printf("isnan failed?\n");
  printf("isinf failed?\n");

因为编译器知道表达式不能 return nan 或 inf.

Answer 2

来自https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Optimize-Options.html：

-ffast-math
Sets the options -fno-math-errno, -funsafe-math-optimizations, -ffinite-math-only, -fno-rounding-math, -fno-signaling-nans, -fcx-limited-range and -fexcess-precision=fast.

其中：

-ffinite-math-only
Allow optimizations for floating-point arithmetic that assume that arguments and results are not NaNs or +-Infs.

一旦你打破了这个假设，你就不能指望这些功能会起作用。

我知道您希望此设置优化所有其他操作，同时仍为这两个函数提供正确的结果，但这不是它的工作方式。我认为没有办法解决这个问题。也许你可以看看 Clang，但我不希望它有所不同。

为什么 `gcc -ffast-math` 禁用 `isnan()` 和 `isinf()` 的正确结果？

Why does `gcc -ffast-math` disable the correct result of `isnan()` and `isinf()`?

c

gcc

isnan