确定性浮点和.NET

Question

如何保证 .NET 应用程序（例如 C#）中的浮点计算始终产生相同的位精确结果？特别是当使用不同版本的 .NET 并在不同平台上运行时（x86 与 x86_64）。浮点运算的不准确性并不重要。

在Java中我会使用strictfp。在 C/C++ 和其他低级语言中，这个问题本质上是通过访问 FPU / SSE 控制寄存器来解决的，但这在 .NET 中可能是不可能的。

即使控制了 FPU 控制寄存器，.NET 的 JIT 也会在不同平台上生成不同的代码。在这种情况下，像 HotSpot 这样的东西会更糟......

为什么我需要它？我正在考虑编写一款实时策略（RTS）游戏，该游戏在很大程度上依赖于快速浮点数学和锁步模拟。本质上我只会通过网络传输用户输入。这也适用于通过存储用户输入来实现重播的其他游戏。

不可以选择的是：

• 小数（太慢）
• 定点值（使用 sqrt、sin、cos、tan、atan... 时太慢且麻烦）
• 像 FPS 一样通过网络更新状态：发送数百或几个的位置信息千单位不是一个选择

有什么想法吗？

Answer 1

我不确定你的问题的确切答案，但你可以使用 C++ 并在 c++ dll 中完成所有浮动工作，然后通过互操作将结果返回到 .Net。

Answer 2

不同平台的 Bitexact 结果令人头疼。
如果您只使用 x86，那应该没有关系，因为 FPU 不会从
32 至 64 位。但问题是超越函数可能更多
在新处理器上准确。

四个基本操作不应给出不同的结果，但您的虚拟机可能会
优化表达式，这可能会产生不同的结果。所以正如蚂蚁提议的那样，
为了安全起见，将您的 add/mul/div/sub 例程编写为非托管代码。

对于超越函数，恐怕你必须使用查找表来
保证位的准确性。计算例如4096个值的结果，存储它们
作为常量，如果您需要它们之间的值，请进行插值。
这不会给你很大的准确性，但它会是位精确的。

Answer 3

如果你想要浮点确定性，你需要消除所有变量。如果你稍微限制一下你的范围，这是可能的。

1. 将您的应用程序设置为仅 64 位。这样您就不必处理 x87 与 SSE（x86 JIT 仍然发出 x87 fp 代码，其他 JIT 发出 SSE）。
2. 使用 .NET Core 并将运行时与您的应用程序捆绑在一起 。这样您就可以保证应用程序的任何给定版本具有相同的代码生成。这很重要，最轻微的代码生成差异可能会导致 fp 计算给出不同的结果。
3. 坚持使用一种操作系统。说真的，有多少跨平台 RTS？是的，还有《星际争霸2》；就是这样，据我所知。暴雪已经掌握了这门艺术很长时间了，很少有人能够复制这一壮举。如果您确实想要支持 Mac-PC 多人游戏，则必须煞费苦心地验证您的 .NET 运行时是否在两个平台上生成相同的 fp 代码。如果没有，那你就不走运了。

我仍然不确定的一点是，考虑到上述限制，您是否可以相信 Math 类会给出一致的结果；但我想应该如此。