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调用Trunc()的浮点运算无效

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当我尝试 Trunc() 一个 Real 值时,我得到一个(可重复的)浮点异常 .

例如 . :

Trunc(1470724508.0318);

实际上,实际代码更复杂:

ns: Real;
 v: Int64;

 ns := ((HighPerformanceTickCount*1.0)/g_HighResolutionTimerFrequency) * 1000000000;
 v := Trunc(ns);

但最终它仍归结为:

Trunc(ARealValue);

现在,我不能在其他任何地方重复它 - 就在这一点 . 它每次失败的地方 .

这不是伏都教

幸运的是计算机并不神奇 . 英特尔CPU执行非常具体的可观察操作 . 所以我应该能够找出浮点运算失败的原因 .

进入CPU窗口

v:= Trunc(ns)fld qword ptr [ebp- $ 10]

这会将 ebp-$10 处的8字节浮点值加载到浮点寄存器 ST0 中 .

内存地址[ebp- $ 10]的字节数为:

0018E9D0: 6702098C 41D5EA5E    (as DWords)
0018E9D0: 41D5EA5E6702098C     (as QWords)
0018E9D0:   1470724508.0318    (as Doubles)

调用成功,浮点寄存器包含适当的值:

enter image description here

接下来是对RTL Trunc函数的实际调用:

call @TRUNC

接下来是Delphi RTL的Trunc功能:

@TRUNC:sub esp,$ 0c
等待
fstcw word ptr [esp] //在堆栈上存储浮点控制字
等待
fldcw word ptr [cwChop] //加载浮点控制字
fistp qword ptr [esp $ 04] //将ST0中的值转换为有符号整数
//将结果存储在目标操作数中
//并弹出堆栈(递增堆栈指针)
等待
fldcw word ptr [esp] //加载浮点控制字
pop ecx
流行的eax
pop edx
RET

或者我想我可以从rtl中粘贴它,而不是从CPU窗口转录它:

const cwChop : Word = $1F32;

procedure       _TRUNC;
asm
        { ->    FST(0)   Extended argument       }
        { <-    EDX:EAX  Result                  }

        SUB     ESP,12
        FSTCW   [ESP]              //Store foating-control word in ESP
        FWAIT
        FLDCW   cwChop             //Load new control word $1F32
        FISTP   qword ptr [ESP+4]  //Convert ST0 to int, store in ESP+4, and pop the stack
        FWAIT
        FLDCW   [ESP]              //restore the FPCW
        POP     ECX
        POP     EAX
        POP     EDX
end;

在实际 fistp 操作期间发生异常 .

fistp qword ptr [esp+$04]

在此调用时, ST0 寄存器将包含相同的浮点值:

enter image description here

注意:仔细观察者会注意到上面屏幕截图中的值与第一个屏幕截图不匹配 . 那是因为我采取了不同的运行方式 . 我宁愿不必仔细重做问题中的所有常量只是为了使它们保持一致 - 但请相信我:当我达到fld指令之后的help指令时,它是一样的 .

导致它:

  • sub esp,$0c :我看着它将堆栈向下推12个字节

  • fstcw word ptr [esp] :我看着它将$ 027F推入当前的堆栈指针

  • fldcw word ptr [cwChop] :我看着浮点控制标志改变了

  • fistp qword ptr [esp+$04] :它将把Int64写入它在堆栈上制作的房间

然后它崩溃了 .

这里到底能发生什么?

它也与其他值一起发生,它不像这个特定的浮点值有问题 . 但我甚至试图在其他地方设置测试用例 .

知道浮点数的8字节十六进制值是: $41D5EA5E6702098C ,我试图设置设置:

var
    ns: Real;
    nsOverlay: Int64 absolute ns;
    v: Int64;
begin
   nsOverlay := $41d62866a2f270dc;
   v := Trunc(ns);
end;

这使:

nsOverlay:= $ 41d62866a2f270dc; mov [ebp- $ 08],$ a2f270dc
mov [ebp- $ 04],$ 41d62866
v:= Trunc(ns)fld qword ptr [ebp- $ 08]
打电话给@TRUNC

call@trunc 时,浮点寄存器ST0包含一个值:

enter image description here

但呼叫确实 not 失败了 . 它只会失败, every time 在我的代码的这一部分中 .

可能发生什么导致CPU抛出 invalid floating point exception

加载控制字之前cwChop的值是多少?

在负载控制字 $1F32 之前, cwChop 的值看起来是正确的 . 但是在加载之后, actual 控制字是错误的:

enter image description here

Bonus Chatter

失败的实际功能是将高性能滴答计数转换为纳秒:

function PerformanceTicksToNs(const HighPerformanceTickCount: Int64): Int64; 
//Convert high-performance ticks into nanoseconds
var
    ns: Real;
    v: Int64;
begin
    Result := 0;

    if HighPerformanceTickCount = 0 then
        Exit;

    if g_HighResolutionTimerFrequency = 0 then
        Exit;

    ns := ((HighPerformanceTickCount*1.0)/g_HighResolutionTimerFrequency) * 1000000000;

    v := Trunc(ns);
    Result := v;
end;

我创建了所有intermeidate临时变量,以尝试追踪失败的位置 .

我甚至尝试使用它作为模板来尝试重现它:

var
    i1, i2: Int64;
    ns: Real;
    v: Int64;
    vOver: Int64 absolute ns;
begin
    i1 := 5060170;
    i2 := 3429541;
    ns := ((i1*1.0)/i2) * 1000000000;
    //vOver := $41d62866a2f270dc;
    v := Trunc(ns);

但它运作正常 . 有关在DUnit单元测试期间调用它的事情 .

浮点控制字标志

德尔福的标准控制字: $1332

$1332 = 0001 00 11 00 110010
                           0 ;Don't allow invalid numbers
                          1  ;Allow denormals (very small numbers)
                         0   ;Don't allow divide by zero
                        0    ;Don't allow overflow
                       1     ;Allow underflow
                      1      ;Allow inexact precision
                    0        ;reserved exception mask
                   0         ;reserved  
                11           ;Precision Control - 11B (Double Extended Precision - 64 bits)
             00              ;Rounding control - 
           0                 ;Infinity control - 0 (not used)

The Windows API required value$027F

$027F = 0000 00 10 01 111111
                           1 ;Allow invalid numbers
                          1  ;Allow denormals (very small numbers)
                         1   ;Allow divide by zero
                        1    ;Allow overflow
                       1     ;Allow underflow
                      1      ;Allow inexact precision
                    1        ;reserved exception mask
                   0         ;reserved  
                10           ;Precision Control - 10B (double precision)
             00              ;Rounding control
           0                 ;Infinity control - 0 (not used)

crChop 控制字: $1F32

$1F32 = 0001 11 11 00 110010
                           0 ;Don't allow invalid numbers
                          1  ;Allow denormals (very small numbers)
                         0   ;Don't allow divide by zero
                        0    ;Don't allow overflow
                       1     ;Allow underflow
                      1      ;Allow inexact precision
                    0        ;reserved exception mask
                   0         ;unused
                11           ;Precision Control - 11B (Double Extended Precision - 64 bits)
             11              ;Rounding Control
           1                 ;Infinity control - 1 (not used)
        000                ;unused

加载 $1F32 后的 CTRL 标志: $1F72

$1F72 = 0001 11 11 01 110010
                           0 ;Don't allow invalid numbers
                          1  ;Allow denormals (very small numbers)
                         0   ;Don't allow divide by zero
                        0    ;Don't allow overflow
                       1     ;Allow underflow
                      1      ;Allow inexact precision
                    1        ;reserved exception mask
                   0         ;unused
                11           ;Precision Control - 11B (Double Extended Precision - 64 bits)
             11              ;Rounding control 
           1                 ;Infinity control - 1 (not used)
        00011                ;unused

所有CPU正在做的是打开一个保留的,未使用的掩码位 .

RaiseLastFloatingPointError()

如果你要为Windows开发程序,你真的需要接受浮点异常应该由CPU屏蔽的事实,这意味着你必须自己监视它们 . 像 Win32CheckRaiseLastWin32Error ,我们想要 RaiseLastFPError . 我能想到的最好的是:

procedure RaiseLastFPError();
var
    statWord: Word;
const
    ERROR_InvalidOperation = $01;
//  ERROR_Denormalized = $02;
    ERROR_ZeroDivide = $04;
    ERROR_Overflow = $08;
//  ERROR_Underflow = $10;
//  ERROR_InexactResult = $20;
begin
    {
        Excellent reference of all the floating point instructions.
        (Intel's architecture manuals have no organization whatsoever)
        http://www.plantation-productions.com/Webster/www.artofasm.com/Linux/HTML/RealArithmetica2.html

        Bits 0:5 are exception flags (Mask = $2F)
            0: Invalid Operation
            1: Denormalized - CPU handles correctly without a problem. Do not throw
            2: Zero Divide
            3: Overflow
            4: Underflow - CPU handles as you'd expect. Do not throw.
            5: Precision - Extraordinarily common. CPU does what you'd want. Do not throw
    }
    asm
        fwait                   //Wait for pending operations
        FSTSW statWord    //Store floating point flags in AX.
                                //Waits for pending operations. (Use FNSTSW AX to not wait.)
        fclex                   //clear all exception bits the stack fault bit,
                                //and the busy flag in the FPU status register
    end;

    if (statWord and $0D) <> 0 then
    begin
        //if (statWord and ERROR_InexactResult) <> 0 then raise EInexactResult.Create(SInexactResult)
        //else if (statWord and ERROR_Underflow) <> 0 then raise EUnderflow.Create(SUnderflow)}
        if (statWord and ERROR_Overflow) <> 0 then raise EOverflow.Create(SOverflow)
        else if (statWord and ERROR_ZeroDivide) <> 0 then raise EZeroDivide.Create(SZeroDivide)
        //else if (statWord and ERROR_Denormalized) <> 0 then raise EUnderflow.Create(SUnderflow)
        else if (statWord and ERROR_InvalidOperation) <> 0 then raise EInvalidOp.Create(SInvalidOp);
    end;
end;

可重复的案例!

我发现了一个案例,当Delphi的默认浮点控制字,这是一个无效的浮点异常的原因(虽然我之前从未见过它因为它被屏蔽了) . 现在,我可以重现:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
    d: Real;
    dover: Int64 absolute d;
begin
    d := 1.35715152325557E020;
//  dOver := $441d6db44ff62b68; //1.35715152325557E020
    d := Round(d); //<--floating point exception
    Self.Caption := FloatToStr(d);
end;

您可以看到 ST0 寄存器包含有效的浮点值 . 浮点控制字是 $1372 . 有浮点异常标志都清楚:

enter image description here

然后,一旦执行,它就是一个无效的操作:

enter image description here

  • IE (无效操作)标志已设置

  • ES (异常)标志已设置

我很想把这问作为另一个问题,但这将是完全相同的问题 - 除了这次调用 Round() .

2 回答

  • 10

    问题发生在其他地方 . 当您的代码输入 Trunc 时,控制字设置为 $027F ,即IIRC,默认的Windows控制字 . 这有掩盖的所有例外 . 那个's a problem because Delphi'的RTL期望异常被解除屏蔽 .

    看看FPU窗口,确定有错误 . IE和PE标志都已设置 . 重要的是IE . 这意味着在代码序列的早期有一个被屏蔽的无效操作 .

    然后调用 Trunc ,修改控制字以取消屏蔽异常 . 看看你的第二个FPU窗口截图 . IE是1,但IM是0.所以繁荣,早先的例外被提出,你被认为是 Trunc 的错 . 它不是 .

    您需要跟踪调用堆栈,以找出控制字不是Delphi程序中应该存在的原因 . 它应该是 $1332 . 很可能你正在调用一些第三方库来修改控制字并且不会恢复它 . 每当对该函数的任何调用返回时,您都必须找到罪魁祸首并负责 .

    一旦你将控制字恢复到控制之下,你就会发现这个异常的真正原因 . 显然,有一个非法的FP操作 . 一旦控制字取消屏蔽异常,就会在正确的位置引发错误 .

    请注意,没有什么可担心 $1372$1332 之间或 $1F72$1F32 之间的差异 . 对于 CTRL 控制字而言,这只是一个奇怪的事情,其中一些字节是保留的,并忽略了你的劝诫以清除它们 .

  • 8

    您的最新更新基本上会提出一个不同的问题 . 它询问此代码引发的异常:

    procedure foo;
    var
      d: Real;
      i: Int64;
    begin
      d := 1.35715152325557E020;
      i := Round(d);
    end;
    

    此代码失败,因为 Round() 的作业是将 d 舍入为最接近的 Int64 值 . 但是 d 的值大于可以存储在 Int64 中的最大可能值,因此浮点单元陷阱 .

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