为什么此计算在 boost::thread 和 std::thread 中给出不同的结果？

Question

当这个浮点计算在 boost::thread 中执行时，它给出的结果与在 std::thread 或主线程中执行时的结果不同。

void print_number()
{
    double a = 5.66;
    double b = 0.0000001;
    double c = 500.4444;
    double d = 0.13423;
    double v = std::sin(d) * std::exp(0.4 * a + b) / std::pow(c, 2.3);

    printf("%llX\n%0.25f\n", *reinterpret_cast<unsigned long long*>(&v), v);
}

这似乎是因为 boost::thread 默认情况下对浮点数学使用 53 位内部精度，而主线程使用 64 位精度。如果在 boost::thread 创建后 FPU 单元的状态用 _fpreset() 重置，结果与主线程中的结果相同。

我正在使用 Embarcadero C++ Builder 10.1（编译器 bcc32c 版本 3.3.1）和 Boost 1.55.0。我的环境是 Windows 7，我正在构建 32 位 Windows 目标。

工作示例：

#include <tchar.h>
#include <thread>
#include <boost/thread.hpp>
#include <cstdio>
#include <cmath>
#include <cfloat>

namespace boost { void tss_cleanup_implemented() {} }

void print_number()
{
    double a = 5.66;
    double b = 0.0000001;
    double c = 500.4444;
    double d = 0.13423;
    double v = std::sin(d) * std::exp(0.4 * a + b) / std::pow(c, 2.3);

    // Edit:
    // Avoiding the undefined behaviour by a reinterpret_cast, as
    // mentioned in some answers and comments.
    unsigned long long x;
    memcpy(&x, &v, sizeof(x));

    printf("%llX\n%0.25f\n", x, v);
}

void print_number_2()
{
    // Reset FPU precision to default
    _fpreset();
    print_number();
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    print_number();

    std::thread t1(&print_number);
    t1.join();

    boost::thread t2(&print_number);
    t2.join();

    boost::thread t3(&print_number_2);
    t3.join();

    getchar();
    return 0;
}

输出：

3EAABB3194A6E99A
0.0000007966525939409087744
3EAABB3194A6E99A
0.0000007966525939409087744
3EAABB3194A6E999
0.0000007966525939409087488
3EAABB3194A6E99A
0.0000007966525939409087744

问题：

为什么会这样？新线程不是应该从父线程继承浮点环境吗？
这是编译器或 Boost 中的错误，还是我的预期有误？

Answer 1

这：*reinterpret_cast<unsigned long long*>(&v) 是未定义的行为，因为 v 不是 unsigned_long_long。如果要将 double 的二进制表示复制为整数类型，请使用 memcpy()。请注意，即使使用 memcpy()，它的实现也定义了二进制表示的外观，但您可以保证可以“加载回您保存的内容”。仅此而已。

Answer 2

也就是说，你需要一个更好的编译器。

This seems to happen because boost::thread is by default using 53-bit internal precision for floating point math, while the main thread is using 64-bit precision. If status of FPU unit is reset with _fpreset() after the boost::thread has been created, the result is the same as in the main thread.

这太疯狂了。如果你的编译器针对不同的代码区域使用不同的 FP 单元（即 x87 与 SSE），你应该用你能找到的最大的火烧那个编译器。

运行此代码在 Linux Mint 17.3 上的 g++-6.1 和 clang++-3.8 下，对每种线程类型给出相同的结果。

#include <thread>
#include <boost/thread.hpp>
#include <cstdio>
#include <cmath>

void print_number() {
    double a = 5.66;
    double b = 0.0000001;
    double c = 500.4444;
    double d = 0.13423;
    double v = std::sin(d) * std::exp(0.4 * a + b) / std::pow(c, 2.3);

    printf("%llX\n%0.25f\n", *reinterpret_cast<unsigned long long*>(&v), v);
}

int main() {
    print_number();

    std::thread t1(&print_number);
    t1.join();

    boost::thread t2(&print_number);
    t2.join();
}

CXX -std=c++14 -O3 -c test test.c -pthread -lboost_thread -lboost_system

3EAABB3194A6E999
0.0000007966525939409086685

3EAABB3194A6E999
0.0000007966525939409086685

3EAABB3194A6E999
0.0000007966525939409086685

正如@lorro 在 his/her 回答中指出的那样，您违反了 reinterpret_cast.

中的别名规则

Answer 3

这不是 64 位和 53 位精度 FPU 计算之间的区别，而是 ROUNDING 的区别。两个结果之间的唯一区别在于答案的最低有效位。看起来 boost 的线程启动代码没有正确初始化 FPU 标志，默认舍入模式是向下或切碎，而不是最近。

如果是这种情况，则可能是 boost::thread 中的错误。如果另一个库正在更改 FPU 标志（通过 _controlfp_s 或类似函数），或者如果新线程是线程池的一部分，线程的前一个用户更改了标志，并且池在重新使用线程之前没有重置它们。

Answer 4

区别似乎是 std::thread 实现执行了 _fpreset()，而 boost::thread 显然没有。如果你改变行

namespace boost { void tss_cleanup_implemented() { } }

至（为清楚起见，格式化了一点）：

namespace boost 
{ 
    void tss_cleanup_implemented() 
    { 
        _fpreset(); 
    }
}

您会看到现在所有值都完全相同 (3EAABB3194A6E99A)。这告诉我 Boost 不会执行 _fpreset()。此调用是必要的，因为某些 Windows API 调用会扰乱 C++Builder（32 位）使用的标准 FPU 设置，并且不要将它们设置回原来的状态（这是您可以解决的问题在 Delphi 中也遇到过）。

std::thread 和 boost:thread 都使用 Win32 API 调用来处理线程。

有些事情告诉我你已经预料到了这一点，因此使用 print_number_2() 进行的测试会执行 _fpreset().

为什么此计算在 boost::thread 和 std::thread 中给出不同的结果？

Why does this calculation give different result in boost::thread and std::thread?

c++

c++builder

boost-thread

floating-accuracy

工作示例：

输出：

问题：