为什么 MinGW GCC 对 atan2、cos、exp 和 sin 使用 x87 80 位 FP 库代码？

问：

我在从英特尔 2023 和 MSC Visual C++ 2022 移植工作数字代码时遇到了一个奇怪的问题。 使用 GCC 编译的代码非常准确（过于准确），因为一些库调用以完整的 80 位浮点精度工作 - 特别是 sqrt、sin 和 cos。我可以通过使用 TUI 跟踪 gdb 的库调用来反汇编库代码执行来验证这一点。

它也出现在基准时间中，因为 x87 atan2、cos、exp 和 sin 都是 ~100 个周期，sqrt 是 ~80 个周期。SSE/AVX2 代码的相应时序低于 50 个，大多在 20-30 个周期左右。

奇怪的是，tan、atan 是使用 AVX2 编译的。但是 cos、sin、sqrt 和 atan2 在 GCC 系统库中使用了传统的 x87 代码。我已经在 32 位端口和 64 位版本上都尝试过，并且在两者中都遇到了同样的问题。我是 GCC 的新手，所以我可能忽略了一些东西。我在 Windows 上使用默认的 MinGW 端口版本 13.1.0 （MinGW-W64 i686-ucrt-posix-dwarf），它可能有自己的特点。

顺便说一句，我刚刚注意到 MSC 2022 有时会对 x87 sqrt 进行编码，即使启用了所有 gofaster 优化和 AVX2 代码，因为这也是我以前没有注意到的基准时间中的异常值。英特尔将其编译为原生 sqrtsd，因此速度非常快。我回到了 MSC x86 的内联汇编程序，以确认 x87 trig 指令的基准时间。

编译器选项包括：
gcc -c -O3 -Ofast -march=native -mavx2 -mfpmath=sse benchmark.cpp

链接采用 GCC 默认系统库的任何内容，这似乎是问题所在 - 我的代码或任何内联生成 SSE 或 AVX2 代码的系统代码，因此 tan 和 atan 没问题，但任何生成库调用的系统都以 87 位精度执行超越函数的 x80 指令。我认为它可能与我能找到的最接近的线程有关：

为什么 MinGW-w64 浮点精度取决于 winpthreads 版本？

我想强制它使用完全使用 AVX2 或 SSE2 代码的不同 FP 库，或者使用 和 之类的东西重新编译现有库。在这里，速度比精确的标准合规性更重要。这涉及到很多三角函数。-march=native -mavx2-Ofast

我完全有可能在 GCC 中链接了错误的默认库。我有一种基于合并 BSD trig 库函数源代码的工作方法，但这并不优雅。

如果有人想在他们的系统上尝试，我可以发布基准测试的代码示例，但它会比这里看起来更长一些。我希望有人已经知道答案了......

这些是使用 AVX2 代码生成 MSC 2022 与 GCC 13.0.1 进行原始三角操作的机器周期基准。它在英特尔 i5-12600 上运行，并在两个编译器上进行了最大程度的优化。

使用 x87 代码的那些与它们应有的位置相比突出了一英里 ~+100 个周期。

我想在编译时使用正确的浮点库获取代码-O3 -Ofast -mavx2

这是显示我的问题的最小示例代码，以及 GDB 中反汇编的快照，它显示了 sin 如何变成 x87、FSIN 等。测试你是否受到类似折磨的另一种方法是在你最喜欢的分析器中对 sin（x） 和 tan（x） 进行基准测试，如果 tan 时间是 ~20 个周期，而 sin 是 ~40，那么你就没问题了（tan 比 sin 快 ~2 倍）。任何 trig 函数 100+ 周期，它是慢速 x87 代码。

#include "stdio.h"
#include "math.h"

// Toy use of sin & tan to see if they compile using SSE2 or x87

int main(int argc, char* argv[]){
double x, y;
if (argc>1) x = atof(argv[1]); else x = 3.1415926535/2;
y = sin(x);
printf("sin of %g is %18.10g\n", x, y);
x = x/2;
y = tan(x);
printf("tan of %g is %18.10g\n", x, y);
}

使用 GDB 中的 x87 代码反汇编 sin 例程（tan 是可以的）

 <__sinl_internal>        fldt   (%rdx)                                                                
 <__sinl_internal+2>      fsin                                                                       
 <__sinl_internal+4>      fnstsw %ax                                                                
 <__sinl_internal+6>      test   $0x400,%eax                                                        
 <__sinl_internal+11>     jne    0x7ff656332e6b                              
 <__sinl_internal+13>     mov    %rcx,%rax                                                          
 <__sinl_internal+16>     movq   $0x0,0x8(%rcx)                                                     
 <__sinl_internal+24>     fstpt  (%rcx)                                                             
 <__sinl_internal+26>     ret              

我现在相当确信@emacsdrivesmenuts是对的，我必须在 Mingw 下使用正确的 FP 优化重建默认系统数学库来解决这个问题，但我不知道该怎么做！

感谢您的启发！