std::min/std::max 和 fmin/fmax 有什么区别？

Question

在 C++ 中，std::min 和 std::max 是否优于 fmin 和 fmax？为了比较两个整数，它们提供基本相同的功能吗？

您是否倾向于使用这些函数集中的一组，还是更喜欢编写自己的函数（也许是为了提高效率、可移植性、灵活性等）？

注释

1. C++ 标准模板库 (STL) 在标准 C++ 中声明了 min 和 max 函数 算法标头。

2. C 标准 (C99) 提供了标准 C 中的 fmin 和 fmax 函数math.h 标头（在 C++11 中也提供为 std::fmin 和 cmath a> 标题）。

Answer 1

fmin 和 fmax 专门用于浮点数（因此称为“f”）。如果将其用于整数，则可能会因转换、函数调用开销等而遭受性能或精度损失，具体取决于您的编译器/平台。

std::min 和 std::max 是模板函数（在标头 ) 适用于任何带有小于 (<) 运算符的类型，因此它们可以对任何允许进行此类比较的数据类型进行操作。如果您不希望它在 < 之外工作，您也可以提供自己的比较函数。

这更安全，因为当参数具有不同类型时，您必须显式转换参数以进行匹配。例如，编译器不会让您意外地将 64 位 int 转换为 64 位 float。仅凭这个原因就应该使模板成为您的默认选择。 （归功于 Matthieu M & bk1e）

即使与浮动一起使用，模板也可能在性能上获胜。由于源代码是编译单元的一部分，因此编译器始终可以选择内联调用模板函数。另一方面，有时不可能内联对库函数的调用（共享库、缺少链接时优化等）。

Answer 2

std::min、std::max 以及 fmin 和 fmax 之间存在重要区别。

std::min(-0.0,0.0) = -0.0
std::max(-0.0,0.0) = -0.0

而

fmin(-0.0, 0.0) = -0.0
fmax(-0.0, 0.0) =  0.0

So std::min 并不是 fmin 的 1-1 替代品。函数 std::min 和 std::max 不可交换。要使用 fmin 和 fmax 获得相同的结果，应该交换参数

fmin(-0.0, 0.0) = std::min(-0.0,  0.0)
fmax(-0.0, 0.0) = std::max( 0.0, -0.0)

但据我所知 在这种情况下，所有这些函数都是实现定义的，因此要 100% 确定您必须进行测试它们是如何实施的。

---

还有另一个重要的区别。对于x！ = NaN：

std::max(Nan,x) = NaN
std::max(x,NaN) = x
std::min(Nan,x) = NaN
std::min(x,NaN) = x

而

fmax(Nan,x) = x
fmax(x,NaN) = x
fmin(Nan,x) = x
fmin(x,NaN) = x

---

fmax 可以用以下代码来模拟

double myfmax(double x, double y)
{
    // after the next two comparisons, x and y are equivalent or there is NaN
    if(x < y)           return y;
    if(y < x)           return x;
    // z > nan for z != nan is required by C the standard
    if(std::isnan(x))   return y;
    if(std::isnan(y))   return x;
    // +0 > -0 is preferred by C the standard
    if(std::signbit(x)) return y;
    else                return x;
}

std::max 是 fmax 的子集，因为它只需要第一个比较 (x < y)。

查看程序集可以发现，Clang 使用 fmax 和 fmin 的内置代码，而 GCC 从数学库中调用它们。带有 -O3 的 fmax 的 clang 的汇编是，

movapd  xmm2, xmm0
cmpunordsd      xmm2, xmm2
movapd  xmm3, xmm2
andpd   xmm3, xmm1
maxsd   xmm1, xmm0
andnpd  xmm2, xmm1
orpd    xmm2, xmm3
movapd  xmm0, xmm2

而对于 std::max(double, double) 来说，它很简单

maxsd   xmm0, xmm1

但是，对于 GCC 和Clang 使用 -Ofast fmax 变得简单

maxsd   xmm0, xmm1

所以这再次表明 std::max 是 fmax 的子集当您使用没有 nan 或符号零的宽松浮点模型时，fmax 和 std::max 是相同的。同样的论点显然也适用于 fmin 和 std::min。

Answer 3

您错过了 fmin 和 fmax 的全部要点。它包含在 C99 中，以便现代 CPU 可以使用其本机（读取 SSE）指令来计算浮点最小值和最大值，并避免测试和分支（从而避免可能错误预测的分支）。我重写了使用 std::min 和 std::max 的代码，以在内部循环中使用 SSE 内在函数来表示 min 和 max，并且加速效果显着。

Answer 4

std::min 和 std::max 是模板。因此，它们可用于提供小于运算符的各种类型，包括浮点数、双精度数、长双精度数。因此，如果您想编写通用的 C++ 代码，您可以这样做：

template<typename T>
T const& max3(T const& a, T const& b, T const& c)
{
   using std::max;
   return max(max(a,b),c); // non-qualified max allows ADL
}

至于性能，我认为 fmin 和 fmax 与 C++ 对应的代码没有什么不同。

Answer 5

如果您的实现提供 64 位整数类型，则使用 fmin 或 fmax 可能会得到不同（不正确）的答案。您的 64 位整数将被转换为双精度数，其（至​​少通常）具有小于 64 位的有效数字。当您将这样的数字转换为双精度数时，一些最低有效位可能/将完全丢失。

这意味着两个完全不同的数字在转换为 double 时可能最终相等 - 结果将是错误的数字，不一定等于任何一个原始输入。

Answer 6

如果您使用 C++，我更喜欢 C++ 最小/最大函数，因为它们是特定于类型的。 fmin/fmax 将强制所有内容转换为浮点或从浮点转换。

此外，只要您定义了运算符<，C++ min/max 函数就可以使用用户定义的类型。对于那些类型。

华泰

Answer 7

正如 Richard Corden 指出的，使用 std 命名空间中定义的 C++ 函数 min 和 max 。它们提供类型安全性，并有助于避免比较混合类型（即浮点与整数），这有时可能是不需要的。

如果您发现您使用的 C++ 库也将 min/max 定义为宏，则可能会导致冲突，那么您可以通过这种方式防止不需要的宏替换调用 min/max 函数（注意额外的括号）：

(std::min)(x, y)
(std::max)(x, y)

记住，这将有效禁用 < a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Argument_dependent_name_lookup" rel="nofollow noreferrer">参数相关查找（ADL，也称为 Koenig 查找），以防您想依赖 ADL。

Answer 8

正如您自己所指出的，fmin 和 fmax 是在 C99 中引入的。标准 C++ 库没有 fmin 和 fmax 函数。在 C99 标准库并入 C++ 之前（如果有的话），这些函数的应用领域是完全分开的。在任何情况下，您都可能必须“偏爱”其中一种而不是另一种。

您只需在 C++ 中使用模板化的 std::min/std::max ，并使用 C 中可用的任何内容。

Answer 9

顺便说一句，在 cstdlib 中，您可以使用 __min 和 __max 。

有关更多信息： http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ btkhtd8d.aspx

Answer 10

fmin 和 fmax 仅适用于浮点和双精度变量。

min 和 max 是模板函数，允许在给定二元谓词的情况下比较任何类型。它们还可以与其他算法一起使用以提供复杂的功能。

Answer 11

使用 std::min 和 std::max。

如果其他版本更快，那么您的实现可以为这些版本添加重载，您将获得性能和可移植性的好处：

template <typename T>
T min (T, T) {
  // ... default
}

inline float min (float f1, float f2) {
 return fmin( f1, f2);
}    

Answer 12

针对具有 SSE 指令的处理器的 C++ 实现无法为 float、< strong>double 和 long double 相当于 fminf、fmin 和 fminl ， 分别？

专业化将为浮点类型提供更好的性能，而通用模板将处理非浮点类型，而不会尝试将浮点类型强制转换为浮点类型，即 fmin 和 < fmax 会。

Answer 13

简而言之，std::max 是 库中的一个“通用函数”，它只是根据 < 来选择两个参数中较小的一个。 运算符，而 std::fmax 特定于浮点数，并将 NaN 视为缺失数据。

std::fmax/std::fmin

头文件的内容和含义与C标准库头文件相同[...]

- C++23 标准：[cmath.syn] p1

如果只有一个参数为 NaN，则 fmax 函数返回另一个参数（如果两个参数均为 NaN，则函数返回NaN)。
[...]
fmax 函数的主体可能是

{ return (isgreaterequal(x, y) || isnan(y)) ? x : y; }

- C17 标准：F.10.9 .2 fmax 函数

还值得注意的是，fmax/fmin 可能对零的符号敏感：

理想情况下，fmax 对零的符号敏感，例如 fmax(−0.0, +0.0) 将返回 +0 ;然而，在软件中实现可能不切实际。

- C17 标准：脚注 380

std::max/std ::分钟

模板;
constexpr const T& max(const T&a, const T&b);
// [...]

先决条件：对于第一种形式，T满足Cpp17LessThanComparable要求（表29)。

返回： 较大的值。当参数相等时返回第一个参数。

- [alg.min.max] std::max

标准中没有示例实现，但可能的实现如下所示：

{ return a < b ? b : a; }

选择哪一个

出于性能原因，最好使用 std::max 和 <代码>std::min。
在现代 x86_64 上，std::max 编译为单个指令

vmaxss  xmm0, xmm1, xmm0            ; xmm0 = max(xmm1, xmm0)

...而 std::fmax 编译为

vmaxss      xmm2, xmm1, xmm0        ; xmm2 = max(xmm1, xmm0)
vcmpunordss xmm0, xmm0, xmm0        ; test xmm0 for NaN, set mask bits
vblendvps   xmm0, xmm2, xmm1, xmm0  ; xmm0 = isnan(xmm0) ? xmm1 : xmm2

参见 编译器资源管理器。

如果操作数不可能为 NaN，则应选择 std::max/std::min。否则，使用std::fmax/std::fmin。

关于汇编的进一步说明

std::fmax(x, y) 不能仅使用 vmaxss dest, y, x 实现，因为如果 x 或 < code>y 为 NaN，dest = x。 std::fmax 选择 x 或 y，具体取决于哪一个不是 NaN。 vmaxss 在所有可能的方面都偏向于 x。

但是，vmaxss 与 x x 的行为相匹配。是吗？ y : x 和 std::max 完全一样。

Answer 14

我总是对整数使用 min 和 max 宏。我不确定为什么有人会使用 fmin 或 fmax 作为整数值。

min 和 max 的最大问题是它们不是函数，即使它们看起来像函数。如果您执行以下操作：

min (10, BigExpensiveFunctionCall())

该函数调用可能会被调用两次，具体取决于宏的实现。因此，我的组织中的最佳实践是永远不要使用非文字或变量的内容调用 min 或 max 。

Answer 15

在比较有符号和无符号整数时，可以首选 fminl 和 fmaxl 中的 fmin 和 fmax - 您可以利用事实上，有符号和无符号数字的整个范围，您不必担心整数范围和提升。

unsigned int x = 4000000000;
int y = -1;

int z = min(x, y);
z = (int)fmin(x, y);

Answer 16

主要区别在于它们所操作的值的类型。 std::min 和 std::max 更通用，可以与各种数据类型一起使用，而 fmin 和 fmax< /code> 是专门为浮点数设计的。如果您使用整数或其他类型，则应使用 std::min 和 std::max。