为什么 Release/Debug 对 std::min 有不同的结果？

Question

这里是测试程序：

void testFunc()
{
    double maxValue = DBL_MAX;
    double slope = std::numeric_limits<double>::quiet_NaN();

    std::cout << "slope is " << slope << std::endl;
    std::cout << "maxThreshold is " << maxValue << std::endl;
    std::cout << "the_min is " << std::min( slope, maxValue) << std::endl;
    std::cout << "the_min is " << std::min( DBL_MAX, std::numeric_limits<double>::quiet_NaN()) << std::endl;
}

int main( int argc, char* argv[] )
{
    testFunc();
    return 0;
}

在调试中，我得到：

slope is nan
maxThreshold is 1.79769e+308
the_min is nan
the_min is 1.79769e+308

在 Release 中，我得到：

slope is nan
maxThreshold is 1.79769e+308
the_min is 1.79769e+308
the_min is nan

为什么我在 Release 中得到的结果与 Debug 中的结果不同？

我已经检查了 Stack Overflow post Use of min and max functions in C++，它没有提到任何 Release/Debug 差异。

我正在使用 Visual Studio 2015.

Answer 1

在 IEEE 754 中，将 NAN 与任何东西进行比较总是会产生 false，无论它是什么。

slope > 0; // false
slope < 0; // false
slope == 0; // false

而且，对您来说更重要的是

slope < DBL_MAX; // false
DBL_MAX < slope; // false

所以编译器似乎重新排序 parameters/uses > 或 <= 而不是 <，这就是你得到不同结果的原因。

例如，这些函数可以这样描述

发布：

double const& min(double const& l, double const r) {
    return l <= r ? l : r;
}

调试：

double const& min(double const& l, double const& r) {
    return r < l ? r : l;
}

除了 std::min 的要求 (LessThanComparable)，它们在算术上具有相同的含义。但是当您将它们与 NaN 一起使用时，它们会产生不同的结果。

Answer 2

您没有指定您的处理器使用哪种浮点表示格式。但是，由于您使用 Visual Studio，我假设您使用 Windows，然后我假设您的处理器使用 IEEE 754 表示。

在 IEEE 754 中，NaN 对于每个数字都是无序的。这意味着 (NaN < f) == false 和 (f < NaN) == false 对于 f 的任何值。迂腐地说，这意味着支持 NaN 的浮点数不满足 LessThanComparable 的要求，而 LessThanComparable 是 std::min 的要求。实际上 std::min 只要两个参数都不是 NaN，就会按照标准中指定的方式运行。

由于您的代码中的参数之一是 NaN，因此标准未指定结果 - 它可能是其中之一，具体取决于任何外部因素，例如发布与调试构建、编译器版本、阶段月亮等

Answer 3

知道了：

这里是VS在Debug模式下使用的实现（_Pred为DEBUG_LT，LT为Lower Than）：

template<class _Pr,
    class _Ty1,
    class _Ty2> inline
    _CONST_FUN bool _Debug_lt_pred(_Pr _Pred,
        _Ty1&& _Left, _Ty2&& _Right,
        _Dbfile_t _File, _Dbline_t _Line)
    {   // test if _Pred(_Left, _Right) and _Pred is strict weak ordering
    return (!_Pred(_Left, _Right)
        ? false
        : _Pred(_Right, _Left)
            ? (_DEBUG_ERROR2("invalid comparator", _File, _Line), true)
            : true);
    }

相当于（更具可读性）：

    if (!_Pred(_Left, _Right))
    {
        return false;
    }
    else
    {
        if ( _Pred(_Right, _Left) )
        {
            assert( false );
            return true;
        }
        else
        {
            return true;
        }
    }

这又等同于 (!_Pred(_Left, _Right))。转录为宏，它变成 #define _DEBUG_LT(x, y) !((y) < (x))（即：NOT right < left）。

发布实现实际上是一个宏#define _DEBUG_LT(x, y) ((x) < (y))（即：left < right）

所以 Debug (!(y<x)) 和 Release (x<y) 实现绝对不一样，如果一个参数是 NaN，它们的行为确实不同......！不要问他们为什么那样做....

为什么 Release/Debug 对 std::min 有不同的结果？

Why does Release/Debug have a different result for std::min?

c++

nan

min

floating-point-comparison