浮點庫應(yīng)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(biāo)題中猜出一二了，正是因為庫中依賴了浮點計算庫所導(dǎo)致的問題。那么就請和小編一起，探究下詳細(xì)的來龍去脈吧！
項目背景
首先再詳細(xì)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(dāng)然，我們最先懷疑的當(dāng)然是庫編譯的有問題啦。但是奇怪的事情發(fā)生了，我當(dāng)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(yīng)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(shù)手段進(jìn)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(jìn)一步的debug，我們發(fā)現(xiàn)這些函數(shù)導(dǎo)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(fù)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)：
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#include "math.h"
float calc_sqrt(float a){
return sqrtf(a);
}
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arm-none-eabi-gcc.exe -mcpu=cortex-m7 -mthumb -mfpu=fpv5-sp-d16 -mfloat-abi=hard test.c -fshort-wchar -c -o test.o
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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：
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float calc_sqrt(float a)
volatile float a = calc_sqrt(4.0f);
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編譯鏈接下載程序，并讓程序停在函數(shù)調(diào)用處：
單步進(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(jìn)行替換，而是會將C庫中叫做sqrtf的函數(shù)直接鏈接進(jìn)去，而這個函數(shù)的默認(rèn)實現(xiàn)，是使用R0作為參數(shù)傳遞的寄存器。這也就導(dǎo)致，實際要被計算的數(shù)丟失，最終導(dǎo)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：
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float $Sub$$sqrtf(float a){
return __builtin_sqrtf(a);
}
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這樣一來，調(diào)用sqrtf函數(shù)的地方，就會編程對$Sub$$sqrtf的調(diào)用：
而結(jié)果也變?yōu)檎_的結(jié)果2.0了：
當(dāng)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：
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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
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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(dǎo)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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