从二进制形式转换 float NaN 值，反之亦然会导致不匹配

Question

我在没有任何算术的情况下进行了转换 "bytes[4] -> float number -> bytes[4]"。以字节为单位，我有一个 IEEE-754 格式的单精度数字（每个数字 4 个字节，机器中的小端顺序）。我遇到了一个问题，当 bytes 代表一个 NaN 值时，转换不是逐字的。例如：

{ 0x1B, 0xC4, 0xAB, 0x7F } -> NaN -> { 0x1B, 0xC4, 0xEB, 0x7F }

复制代码：

using System;
using System.Linq;

namespace StrangeFloat
{
    class Program
    {
        private static void PrintBytes(byte[] array)
        {
            foreach (byte b in array)
            {
                Console.Write("{0:X2}", b);
            }
            Console.WriteLine();
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            byte[] strangeFloat = { 0x1B, 0xC4, 0xAB, 0x7F };
            float[] array = new float[1];
            Buffer.BlockCopy(strangeFloat, 0, array, 0, 4);
            byte[] bitConverterResult = BitConverter.GetBytes(array[0]);

            PrintBytes(strangeFloat);
            PrintBytes(bitConverterResult);
            bool isEqual = strangeFloat.SequenceEqual(bitConverterResult);
            Console.WriteLine("IsEqual: {0}", isEqual);
        }
    }
}

结果（https://ideone.com/p5fsrE）：

1BC4AB7F
1BC4EB7F
IsEqual: False

此行为取决于平台和配置：此代码在所有配置或 x86/Debug 中在 x64 上无错误地转换数字。在 x86/Release 上存在错误。

此外，如果我更改

byte[] bitConverterResult = BitConverter.GetBytes(array[0]);

到

float f = array[0];
byte[] bitConverterResult = BitConverter.GetBytes(f);

然后它也在 x86/Debug.

上出错

我确实研究了这个问题，发现编译器生成的 x86 代码使用 FPU 寄存器 (!) 来保存浮点值（FLD/FST 指令）。但是 FPU 将尾数的高位设置为 1 而不是 0，因此它修改了值，尽管逻辑只是传递一个值而不改变。在 x64 平台上，使用了 xmm0 寄存器 (SSE)，它工作正常。

[问题]

这是什么：它是某处记录的 NaN 值 或 JIT/optimization 错误 的未定义行为？

为什么编译器在没有进行算术运算时使用 FPU 和 SSE？

更新 1

调试配置 - 通过堆栈传递值而没有副作用 - 正确的结果:

    byte[] bitConverterResult = BitConverter.GetBytes(array[0]);
02232E45  mov         eax,dword ptr [ebp-44h]  
02232E48  cmp         dword ptr [eax+4],0  
02232E4C  ja          02232E53  
02232E4E  call        71EAC65A  
02232E53  push        dword ptr [eax+8]   // eax+8 points to "1b c4 ab 7f" CORRECT!
02232E56  call        7136D8E4  
02232E5B  mov         dword ptr [ebp-5Ch],eax // eax points to managed
// array data "fc 35 d7 70 04 00 00 00 __1b c4 ab 7f__" and this is correct
02232E5E  mov         eax,dword ptr [ebp-5Ch]  
02232E61  mov         dword ptr [ebp-48h],eax

发布配置 - 优化器或 JIT 通过 FPU 寄存器进行奇怪的传递并破坏数据 - 不正确

    byte[] bitConverterResult = BitConverter.GetBytes(array[0]);
00B12DE8  cmp         dword ptr [edi+4],0  
00B12DEC  jbe         00B12E3B  
00B12DEE  fld         dword ptr [edi+8]     // edi+8 points to "1b c4 ab 7f"
00B12DF1  fstp        dword ptr [ebp-10h]   // ebp-10h points to "1b c4 eb 7f" (FAIL)
00B12DF4  mov         ecx,dword ptr [ebp-10h]  
00B12DF7  call        70C75810  
00B12DFC  mov         edi,eax  
00B12DFE  mov         ecx,esi  
00B12E00  call        dword ptr ds:[4A70860h]

Answer 1

我只是翻译@HansPassant 评论作为答案。

"The x86 jitter uses the FPU to handle floating point values. This is not a bug. Your assumption that those byte values are a proper argument to a method that takes a float argument is just wrong."

换句话说，这只是一个 GIGO 案例（垃圾输入，垃圾输出）。

从二进制形式转换 float NaN 值，反之亦然会导致不匹配

Converting float NaN values from binary form and vice-versa results a mismatch

c#

floating-point

optimization

jit

[问题]

更新 1