浮點庫應用，你也有困惑嗎？

今天小編想要給大家?guī)淼氖亲罱谡{(diào)試一個項目時候發(fā)現(xiàn)的怪事，同樣的函數(shù)庫在使用不同的IDE時，得到的運行結(jié)果竟然是不一致的。相信眼尖的讀者朋友已經(jīng)從標題中猜出一二了，正是因為庫中依賴了浮點計算庫所導致的問題。那么就請和小編一起，探究下詳細的來龍去脈吧！

項目背景

首先再詳細描述以下項目背景：我們使用了一個由GCC工具鏈構(gòu)建的函數(shù)庫，編譯器選項為-mfloat-abi=hard，即在編譯時，使能了硬件浮點單元指令加速。但在我們將該庫與Keil項目鏈接后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確。當然，我們最先懷疑的當然是庫編譯的有問題啦。但是奇怪的事情發(fā)生了，我當我們使用GCC工具鏈鏈接編譯相同的工程，并運行后，得到了正確的結(jié)果。那么可以基本確定，庫應該是沒有問題的。那么問題出在哪呢？

問題分析

由于小編所拿到的庫并不包含調(diào)試信息，只能通過一些技術手段進行破解。通過反匯編庫代碼，我們發(fā)現(xiàn)庫依賴了一些浮點計算庫的C函數(shù)，如sqrtf、expf等，為了簡便，讓我們稱之為xxf函數(shù)，由于GCC并沒有提供其具體實現(xiàn)，因此需要由庫的使用者鏈接這些函數(shù)，而經(jīng)過進一步的debug，我們發(fā)現(xiàn)這些函數(shù)導致了錯誤的結(jié)果，換句話說，這些函數(shù)的返回值是錯的。

問題調(diào)試

那就有意思了，為了簡單起見，讓我們先編寫一段簡單的測試代碼來復現(xiàn)這個問題，代碼很簡單，我們直接定義一個開平方根的函數(shù)：

#include "math.h" float calc_sqrt(float a){ return sqrtf(a); }

使用gcc工具鏈對其進行編譯：

arm-none-eabi-gcc.exe -mcpu=cortex-m7 -mthumb -mfpu=fpv5-sp-d16 -mfloat-abi=hard test.c -fshort-wchar -c -o test.o

隨后，隨便找到一個Keil的測試工程，我們這里選擇一個Hello_World示例工程，將編譯出來的.o文件添加到工程中：

并在主程序中添加調(diào)用代碼：

float calc_sqrt(float a) volatile float a = calc_sqrt(4.0f);

編譯鏈接下載程序，并讓程序停在函數(shù)調(diào)用處：

單步進入calc_sqrt函數(shù)內(nèi)部，到這里，我們可以發(fā)現(xiàn)對這些函數(shù)的調(diào)用順序是正確的。通過將參數(shù)傳遞給S0（對于float）如下所示，S0中寸的就是待計算的數(shù)據(jù)4.0f：

看起來好像沒有問題，再進一步現(xiàn)在讓我們檢查由Keil鏈接的sqrtf函數(shù)的匯編實現(xiàn)：

相信大家發(fā)現(xiàn)了奇怪的事情了，鏈接的sqrtf將S0中的值傳遞給S0，而此時R0的值其實為0，但正如之前所說，浮點值已經(jīng)由庫的代碼傳遞給了S0。因此，由于S0中實際要計算的值被臨時替換了，就導致了一個錯誤的結(jié)果。

這里要強調(diào)一下，如果在Keil中直接調(diào)用sqrtf時候，或是使用keil編譯器所編譯出來的.o文件，Keil運行時庫會使用“__hardfp_sqrtf”作為sqrtf的混淆名稱：

而因為我們所使用庫來自GCC工具鏈，因此Keil并不會對其進行替換，而是會將C庫中叫做sqrtf的函數(shù)直接鏈接進去，而這個函數(shù)的默認實現(xiàn)，是使用R0作為參數(shù)傳遞的寄存器。這也就導致，實際要被計算的數(shù)丟失，最終導致結(jié)果計算錯誤。

那么怎么解決這個問題，讓keil不去鏈接這個奇怪的sqrtf呢，這就要用到Keil的一個小技巧了：

float $Sub$$sqrtf(float a){ return __builtin_sqrtf(a); }

這樣一來，調(diào)用sqrtf函數(shù)的地方，就會編程對$Sub$$sqrtf的調(diào)用：

而結(jié)果也變?yōu)檎_的結(jié)果2.0了：

當然，大家可能會想啊，那我開了gcc優(yōu)化之后，是不是就可以自動展開sqrtf了呢？讓我們來看看：

arm-none-eabi-gcc.exe -mcpu=cortex-m7 -mthumb -mfpu=fpv5-sp-d16 -mfloat-abi=hard test.c -fshort-wchar -c -o3 -o test.o

代碼并沒有變化：

結(jié)論

小編想用這個例子和大家說明下，在涉及到跨工具鏈開發(fā)時，一定要注意浮點庫的使用或依賴問題，由于不同編譯器對于浮點運算的實現(xiàn)可能有些許不同，會導致意想不到的奇怪問題出現(xiàn)。最好的方案，還是根據(jù)不同的工具鏈都構(gòu)建一個專屬的庫來使用。

END

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