将参数std :: min更改为浮点数的编译器输出

我在Compiler Explorer中摆弄东西，发现传递给std :: min的参数顺序更改了发出的程序集。

这是Godbolt编译器资源管理器上的示例

double std_min_xy(double x, double y) {
    return std::min(x, y);
}

double std_min_yx(double x, double y) {
    return std::min(y, x);
}

它将被编译（例如，在clang 9.0.0上用-O3）为：

std_min_xy(double, double):                       # @std_min_xy(double, double)
        minsd   xmm1, xmm0
        movapd  xmm0, xmm1
        ret
std_min_yx(double, double):                       # @std_min_yx(double, double)
        minsd   xmm0, xmm1
        ret

如果我将std :: min更改为老式的三元运算符，这种情况仍然存在。它在我尝试过的所有现代编译器（clang，gcc，icc）中也仍然有效。

基本指令是minsd。阅读文档时，的第一个参数minsd也是答案的目的地。显然，xmm0是我的函数应该放置其返回值的位置，因此，如果将xmm0用作第一个参数，则无需这样做movapd。但是，如果xmm0是第二个参数，则必须movapd xmm0, xmm1将值放入xmm0中。（编者注：是的，x86-64 System V在xmm0，xmm1等中传递FP args，并在xmm0中返回。）

我的问题是：为什么编译器不切换参数本身的顺序，所以这movapd是没有必要的？当然必须知道，minsd的参数顺序不会改变答案吗？有没有我不喜欢的副作用？

minsd a,b对于某些特殊FP值不是可交换的，也不是std::min，除非您使用-ffast-math。

minsd a,b 正是器具(a<b) ? a : b包括这意味着关于严格IEEE-754语义签署零和NaN的一切。（即，它使源操作数保持b无序¹或相等）。正如Artyer指出的，-0.0并且+0.0比较相等（即为-0. < 0.假），但是它们是不同的。

std::min可以根据(a<b)比较表达式（cppreference）进行定义，并且(a<b) ? a : b可能的实现方式不同于std::fmin保证从任何一个操作数传播NaN的方法。（fmin最初来自C数学库，而不是C ++模板。）

请参阅在x86上给出无分支FP最小值和最大值的指令是什么？有关minss / minsd / maxss / maxsd（以及相应的内在函数，除某些GCC版本外，它们遵循相同的非交换规则）的详细信息。

脚注1：请记住，NaN<b对于anyb和任何比较谓词都是错误的。例如NaN == b是错误的，也是如此NaN > b。偶NaN == NaN是假的。当一对中的一个或多个是NaN时，它们是“无序的”。彼此。

通过-ffast-math（告诉编译器不假设NaN以及其他假设和近似值），编译器会将任一函数优化为单个minsd。 https://godbolt.org/z/a7oK91

对于GCC，请参阅https://gcc.gnu.org/wiki/FloatingPointMath
铛支持类似的选项，包括-ffast-math全部。

除了奇怪的旧代码库（例如），几乎所有人都应启用其中一些选项-fno-math-errno。（有关建议的数学优化的更多信息，请参见此问答）。而且gcc-fno-trapping-math是个好主意，因为尽管默认情况下处于启用状态，但它仍然无法完全正常工作（某些优化仍可以更改在未屏蔽异常的情况下会引发的FP异常数量，有时甚至从1变为0或从0变为非零，IIRC）。 gcc -ftrapping-math还会阻止一些即使100％安全的优化。异常语义，因此非常糟糕。在不使用的代码中fenv.h，您永远不会知道区别。

但是std::min，只能用不假定NaN的选项和类似的东西来实现可交换，因此对于关心NaN确切发生的代码，绝对不能称其为“安全”。例如，-ffinite-math-only假设没有NaN（也没有无穷大）

clang -funsafe-math-optimizations -ffinite-math-only将为您寻找所需的优化。（不安全的数学优化意味着很多更具体的选择，包括不关心带符号的零语义）。

考虑：std::signbit(std::min(+0.0, -0.0)) == false && std::signbit(std::min(-0.0, +0.0)) == true。

唯一的不同是，如果两个参数都是（可能是不同的）NaN，则应返回第二个参数。

您可以允许gcc通过使用-funsafe-math-optimizations -fno-math-errno优化来对参数重新排序（均由启用-ffast-math）。unsafe-math-optimizations允许编译器不在乎带符号的零，并且finite-math-only不在乎NaN

为了扩大对现有的回答是说std::min是不可交换：这是一个具体的例子是可靠的区别std_min_xy从std_min_yx。Godbolt：

bool distinguish1() {
    return 1 / std_min_xy(0.0, -0.0) > 0.0;
}
bool distinguish2() {
    return 1 / std_min_yx(0.0, -0.0) > 0.0;
}

distinguish1()计算为1 / 0.0 > 0.0，即INFTY > 0.0或true。
distinguish2()计算为1 / -0.0 > 0.0，即-INFTY > 0.0或false。
（当然，所有这些都是在IEEE规则下完成的。我不认为C ++标准要求编译器保留这种特殊行为。老实说，令我惊讶的是，表达式-0.0实际上首先被评估为负零！

-ffinite-math-only消除了这种区别的方式，并-ffinite-math-only -funsafe-math-optimizations完全消除了代码的差异。