.NET Math.Log10() 在不同机器上的行为不同

Question

我发现在机器 A 上运行

Math.Log10(double.Epsilon) 

将返回大约 -324，但在机器 B 上将返回 -Infinity。

它们最初的行为方式相同，返回 -324< /代码>。

两台计算机最初都使用相同的操作系统 (WinXP SP3) 和 .NET 版本 (3.5 SP1)。计算机 B 上可能有 Windows 更新，但除此之外没有发生任何更改。

什么可以解释行为的差异？

评论中讨论的更多详细信息：

• 机器 A CPU 是 32 位 Intel Core Duo T2500 2 GHz
• 机器 B CPU 是 32 位 Intel P4 2.4 GHz
• 从使用多个第三方组件的大型应用程序中运行的代码中收集的结果。但是，两台计算机上都运行相同的 .exe 和组件版本。
• 在机器 B 上的简单控制台应用程序中打印 Math.Log10(double.Epsilon) 会打印 -324，而不是 -Infinity
• FPU 控制字两台机器始终为 0x9001F（使用 _controlfp() 读取）。

更新：最后一点（FPU 控制字）不再正确：使用较新版本的 _controlfp() 显示了不同的控制字，这解释了不一致的行为。 （有关详细信息，请参阅下面 rsbarro 的回答。）

Answer 1

根据 @CodeInChaos 和 @Alexandre C 的评论，我能够组合一些代码以在我的 PC（Win7 x64、.NET 4.0）上重现该问题。此问题似乎是由于可以使用 _controlfp_s。 double.Epsilon 的值在两种情况下相同，但当非正规控制从 SAVE 切换到 FLUSH 时，其计算方式会发生变化。

以下是示例代码：

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace fpuconsole
{
    class Program
    {
        [DllImport("msvcrt.dll", EntryPoint = "_controlfp_s",
            CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        public static extern int ControlFPS(IntPtr currentControl, 
            uint newControl, uint mask);

        public const int MCW_DN= 0x03000000;
        public const int _DN_SAVE = 0x00000000;
        public const int _DN_FLUSH = 0x01000000;

        static void PrintLog10()
        {
            //Display original values
            Console.WriteLine("_controlfp_s Denormal Control untouched");
            Console.WriteLine("\tCurrent _controlfp_s control word: 0x{0:X8}", 
                GetCurrentControlWord());
            Console.WriteLine("\tdouble.Epsilon = {0}", double.Epsilon);
            Console.WriteLine("\tMath.Log10(double.Epsilon) = {0}",
                Math.Log10(double.Epsilon));
            Console.WriteLine("");

            //Set Denormal to Save, calculate Math.Log10(double.Epsilon)
            var controlWord = new UIntPtr();
            var err = ControlFPS(controlWord, _DN_SAVE, MCW_DN);
            if (err != 0)
            {
                Console.WriteLine("Error setting _controlfp_s: {0}", err);
                return;
            }
            Console.WriteLine("_controlfp_s Denormal Control set to SAVE");
            Console.WriteLine("\tCurrent _controlfp_s control word: 0x{0:X8}", 
                GetCurrentControlWord());
            Console.WriteLine("\tdouble.Epsilon = {0}", double.Epsilon);
            Console.WriteLine("\tMath.Log10(double.Epsilon) = {0}", 
                Math.Log10(double.Epsilon));
            Console.WriteLine("");

            //Set Denormal to Flush, calculate Math.Log10(double.Epsilon)
            err = ControlFPS(controlWord, _DN_FLUSH, MCW_DN);
            if (err != 0)
            {
                Console.WriteLine("Error setting _controlfp_s: {0}", err);
                return;
            }
            Console.WriteLine("_controlfp_s Denormal Control set to FLUSH");
            Console.WriteLine("\tCurrent _controlfp_s control word: 0x{0:X8}", 
                GetCurrentControlWord());
            Console.WriteLine("\tdouble.Epsilon = {0}", double.Epsilon);
            Console.WriteLine("\tMath.Log10(double.Epsilon) = {0}", 
                Math.Log10(double.Epsilon));
            Console.WriteLine("");
        }

        static int GetCurrentControlWord()
        {
            unsafe
            {
                var controlWord = 0;
                var controlWordPtr = &controlWord;
                ControlFPS((IntPtr)controlWordPtr, 0, 0);
                return controlWord;
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            PrintLog10();
        }
    }
}

有几点需要注意。首先，我必须在 ControlFPS 声明上指定 CallingConvention = CallingConvention.Cdecl 以避免在调试时出现不平衡堆栈异常。其次，我不得不求助于不安全的代码来检索 GetCurrentControlWord() 中控制字的值。如果有人知道编写该方法的更好方法，请告诉我。

以下是输出：

_controlfp_s Denormal Control untouched
        Current _controlfp_s control word: 0x0009001F
        double.Epsilon = 4.94065645841247E-324
        Math.Log10(double.Epsilon) = -323.306215343116

_controlfp_s Denormal Control set to SAVE
        Current _controlfp_s control word: 0x0009001F
        double.Epsilon = 4.94065645841247E-324
        Math.Log10(double.Epsilon) = -323.306215343116

_controlfp_s Denormal Control set to FLUSH
        Current _controlfp_s control word: 0x0109001F
        double.Epsilon = 4.94065645841247E-324
        Math.Log10(double.Epsilon) = -Infinity

要确定机器 A 和机器 B 发生了什么，您可以使用上面的示例应用程序并在每台机器上运行它。我想您会发现：

1. 机器 A 和机器 B 从一开始就对 _controlfp_s 使用不同的设置。示例应用程序将在机器 A 上的第一个输出块中显示与机器 B 上不同的控制字值。应用程序强制非正规控制保存后，输出应该匹配。如果是这种情况，那么也许您可以在应用程序启动时强制非规范控制在机器 B 上保存。
2. 机器 A 和机器 B 对 _controlfp_s 使用相同的设置，并且示例应用程序的输出在两台机器上完全相同。如果是这种情况，那么您的应用程序中一定有一些代码（可能是 DirectX、WPF？）会翻转机器 B 上的 _controlfp_s 设置，但不会翻转机器 A 上的 _controlfp_s 设置。

如果您有机会在每个机器上尝试示例应用程序，机器，请用结果更新评论。我有兴趣看看会发生什么。

Answer 2

进程中加载​​的 dll 可能会扰乱 x87 浮点标志。 DirectX/OpenGL 相关库因此而臭名昭著。

jitted 代码中也可能存在差异（不要求浮点在 .net 中以特定方式运行），但这不太可能，因为您使用相同的 .net 和操作系统版本。

在 .net 中，常量被嵌入到调用代码中，因此 double.Epsilons 之间不应该有任何差异。