VS2022和浮点整型转换

先快速总结下今天的内容:
> 不再支持/QIfirst。
> MSVC现在可以兼容标准C++中的所有浮点整型转换。
> 浮点转换为带符号的整型数未发生改变。
> 在默认情况下，对于浮点整型转换，VS2022保持与VS2017及其更早版本的兼容性。
> 对于VS2019中的浮点转换为无符号整型，有如下几点说明
>> 当面向x64时，它通常会和VS2017兼容。
>> 当面向x86时，它通常会和AVX-512兼容。
>> 对于v16.7及更高版本，可以使用/fpcvt:BC编译开关以和VS2017保持兼容性。
> 编译器内部函数(Intrinsic Functions)可以提供更多选项及更精细化的控制。

简介

你可能已经知道了，VS2019更改了英特尔架构 (IA) 的一些浮点到整型转换。当面向32位的IA(x86)架构是，大多数转换与英特尔 AVX-512 转换指令相匹配。 对于有符号整数，这与VS2017 相同。对于无符号整数，无效转换的结果可能不同，我会在后面进行解释。 对于 64 位 IA (x64)，当选择 /arch:AVX512 时，会使用 AVX-512 指令，但其他方面与 VS2017 没有变化。很抱歉，我们没有宣布这一变化，直到 16.7 版本我们才提供向后兼容的选项。

默认情况下，VS2022恢复为VS2017后会处理这些转换。 它还保留了使用与 AVX-512 兼容的转换的选项。 这篇文章会告诉你更多相关信息，包括你可能想要使用的其他选项。

背景知识

标准C++指定了对数据进行有效转换的工作方式，但无效转换可以做任何事情。有效的转换从截断浮点值开始，它丢弃任何小数部分，只留下整数值。这也称为“向零舍入”。如果截断的值可以用结果类型表示，则转换有效，并且结果必须是该值。

十多年来，MSVC 一直与此方式兼容，并且直到符号类型的无效转换才发生了变化。大多数浮点运算通过返回特殊的“非数字”(NaN) 值来指示无效运算，但转换为整数不允许该选项。任何结果值都可以来自有效的转换，并且无效转换没有单一的“正确”结果。

当然，这种完全随机的转换结果，是没有用的，所以通常使用两种不同的方法。英特尔架构 (IA) 使用离零最远的结果值代替 NaN，因此任何无效的转换都会返回此标记值。 (返回的具体值取决于结果类型。) 临界值易于测试，并且在测试和调试过程中经常会导致独特的行为。

另一种常见的方法称为饱和，其中任何太高而无法放入目标类型的浮点值，它都会给出可能的最高目标值，而任何太低而无法容纳的值，它都会给出可能的最低值。如果原值为 NaN，则结果将返回零。即使结果是错误的，也尽可能接近正确的结果，可能不太可能导致失败。 ARM 对其转换指令使用饱和的方式。

VS2017中的转换规则

自第一台 IBM PC 出现之前，英特尔架构就有将浮点类型转换为有符号整数类型的指令，但在 AVX-512 中首次引入了转换为无符号整数类型的指令。 在VS2017 之前，到无符号整数类型的转换基于到 long long 类型的转换。 转换为 unsigned 首先转换为 long long，然后截断为 32 位。 转换为 unsigned long long 时，对于 long long 来说太高的有效源值将作为特殊情况处理。 所有其他值都简单地转换为 long long 并重新转换。 这解决了缺少无符号转换指令的问题，但为无效转换返回的值并不是特别有用。

VS2019中的转换规则

对于 VS2019，我们打算使所有 FP 到整数的转换与相应的英特尔架构转换指令兼容。 这允许在选择 /arch:AVX512 时使用 VCVTTSD2USI 和 VCVTTSS2USI 而不会改变行为。 但是，这种变化比我们预期的要困难一些，并且一些测试用例还没有完成。 它仅在选择 /arch:AVX512 时在 x64 上启用。 在 x86 上，选择 /arch:IA32 或 /arch:SSE 时未启用它。 此外，在 x86 上，从函数调用返回的浮点值的转换行为可以是任何一种方式。 虽然这仍然与标准 C++ 兼容，但这显然是不可取的，我们引入了 /fpcvt 选项以允许开发人员选择他们想要的行为。

编译开关/fpcvt

从VS2019 版本 v16.7 开始，/fpcvt 编译选项控制浮点到无符号整数转换的结果。 有两个选择：/fpcvt:BC 指定向后兼容的 VS2017 行为，和 /fpcvt:IA 指定新的 AVX-512 指令行为。 此选项适用于 x86 或 x64 目标，无论是否指定 /arch:AVX512 都适用。 在 VS2022 中，默认值已更改为与 /fpcvt:BC 相同，但 /fpcvt:IA 选项仍可用于 x86 和 x64。

用于转换的编译器内部函数

使用/fpcvt编译开关，有如下几个问题：
> 它适用于所有已编译的转换，即使这不是最佳选择。
> 它适用于可能已编写为预期其他行为的头文件和源代码模块。
> /fpcvt 选项都不会生成饱和转换。 Saturation 提供与 Rust 和 WebAssembly 等语言的兼容性，以及针对 ARM 编译的代码。

VS2022 提供了内部函数来解决这些问题。 这些标记和饱和转换函数在 IA 上完全定义，因此行为不会因编译设置或上下文而改变。

除了这些函数之外，还有快速转换函数，它们尽可能快地执行有效转换。 与饱和转换和哨兵转换不同，它们没有完全定义，并且可能会根据目标平台、编译设置和上下文为无效转换生成不同的值或异常。 它们对于处理已经过范围检查的值或以永远不会导致无效转换的方式生成的值非常有用。
具体请看下表：

/QIfirst不再支持

VS2022的v17.0版本仍然支持 x86 上已弃用的 /QIfist 选项，但我们将在更新中将其删除。 此选项允许浮点到 int 转换根据当前舍入模式进行舍入（通常是舍入到最近的舍入，与偶数相关），而不是像标准 C++ 中指定的那样总是截断。 此选项支持在采用截断作为标准之前在 x86 上面编写的遗留代码。 它从未在其他目标平台上得到支持，并且在许多版本中都被标记为已弃用。 在转换为整数之前使用内部函数对浮点值进行舍入，因为这更清晰、更快且更易于移植。

总结

乖乖，想不到浮点转整型，还有这么多门道。
原理小的就先跳过，还是走一步看一步吧。

最后

Microsoft Visual C++团队的博客是我非常喜欢的博客之一，里面有很多关于Visual C++的知识和最新开发进展。大浪淘沙，如果你对Visual C++这门古老的技术还是那么感兴趣，则可以经常去他们那(或者我这)逛逛。
本文来自：《Microsoft Visual Studio 2022 and Floating-point to Integer Conversions》